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Göttingen Zentrum für Luft- und Raumfahrt testet intelligente Flugzeugflügel in Göttingen
Campus Göttingen Zentrum für Luft- und Raumfahrt testet intelligente Flugzeugflügel in Göttingen
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15:47 27.12.2019
Der intelligente Flügel weicht Böen aus. Quelle: r
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Göttingen

Dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist ein großer Erfolg gelungen. Experten haben erstmals einen Flügel im Windkanal getestet, der mit Hilfe von drei regelbaren Klappen die Effekte auftretender Turbulenzen quasi ausgleicht. Durch diese Erkenntnis bestünde die Möglichkeit, in Zukunft die Struktur von Verkehrsflugzeugen leichter zu bauen und somit umweltfreundlicher zu fliegen, teilte das Institut mit. An dem Projekt waren insgesamt elf DLR-Institute beteiligt.

Als wichtigster Weg, den Treibstoffverbrauch im Luftverkehr zu verringern, gilt neben sparsameren Triebwerken und schlankeren und damit widerstandsärmeren Flügeln, die Reduktion von Gewicht. Praktisch ausgeschöpft ist die Möglichkeit, mit herkömmlichen Bauweisen Gewicht einzusparen. Ständig extremsten Belastungen sind Flugzeugflügel ausgesetzt. Aus diesem Grund sind sie besonders stabil gebaut. Die Struktur könnte leichter werden, wenn es gelingen würde, die Lasten zu reduzieren, die ein Flügel aushalten muss.

Hocheffiziente Reduktion

Eine Möglichkeit ist, dass Klappen den Flügel so steuern, dass er den aktuellen Beanspruchungen aus Böen und Turbulenz automatisch ausweicht. Eine Idee, die nicht neu ist und die bereits im Flugzeugbau eingesetzt wird. DLR-Forscher haben jetzt aber erstmals einen Flügel mit drei speziell entwickelten Steuerklappen getestet. Diese erlauben mithilfe einer ausgefeilten Regelung eine hocheffiziente Reduktion der Flügelbelastungen.

Besonders starke Windkräfte wurden zunächst beim Versuch im Göttinger Windkanal erzeugt. Diese treffen auf das Flügelmodell im Maßstab eins zu zehn. „Das simuliert die Situation, wenn im realen Flug das Flugzeug durch Böen fliegt“, erklärt Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Wolf-Reiner Krüger vom DLR-Institut für Aeroelastik in Göttingen, welches das Windkanalmodell entwickelte. „Die auf die Flügel wirkenden Kräfte verdoppeln sich im Vergleich zum normalen Reiseflug, und die Flügel, die elastisch sind, werden nach oben gebogen“, erläutert Krüger.

Experten testen den intelligenten Flügel. Quelle: r

Beim Einsatz der neuartigen Dreiklappenregelung bemerken Sensoren am Flügel in Bruchteilen von Sekunden, dass dieser sich zu verformen beginnt und lösen sogleich eine Gegensteuerung der Klappen aus. Die auf den Flügel wirkenden Kräfte und damit auch seine Durchbiegung verringern sich dadurch drastisch. Die dafür notwendigen Regelungsalgorithmen wurden am DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik in Oberpfaffenhofen entwickelt und mit Unterstützung des DLR-Instituts für Aeroelastik erfolgreich zum Einsatz gebracht.

„Eine absolute Neuheit der untersuchten Dreiklappenregelung ist, dass der mögliche Ausfall einer Klappe automatisch erkannt und direkt von den noch funktionierenden Klappen kompensiert wird“, schwärmt der Koordinator der Windkanalversuche, Diplom-Ingenieur Manuel Pusch vom DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik.

Lebensdauer kann verlängert werden

„Mit einer solchen aktiven Böenlastreduzierung könnten an den tragenden Strukturen der Flügel drei Prozent an Gewicht eingespart werden", sagt Projektleiter Krüger. Bereits geringe prozentuale Gewichtseinsparungen könnten große Auswirkungen auf die Umweltverträglichkeit eines Fluges haben. Darüber hinaus könnte auch die Lebensdauer von Flügeln verlängert werden.

Intelligenter Flügel. Quelle: r

Im Rahmen des DLR-Projektes KonTeKst (Konfigurationen und Technologien für das emissions- und lärmarme Kurzstreckenflugzeug) wurde im Windkanal getestet. Im Rahmen des Projektes wurden Konfigurationen und Triebwerkstechnologien für umweltfreundliche Kurzstreckenflugzeuge untersucht. Schallabschirmungskonzepte sowie Verfahren zur Quelllärmreduktion am Triebwerk und am Flugzeug gehören zu den untersuchten Technologien.

Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland

DLR Göttingen zählt zur Weltspitze

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist das Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Luftfahrt, Raumfahrt, Energie, Verkehr, Sicherheit und Digitalisierung – diese umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind in nationale und internationale Kooperationen eingebunden. Darüber hinaus ist das DLR ist als Raumfahrtagentur im Auftrag der Bundesregierung für die Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten zuständig. Insgesamt gibt es 27 Standorte, einen davon in Göttingen. Die Universitätsstadt gilt als die Wiege der modernen Aerodynamik. 1907 wurde dort die weltweit erste staatliche Luftfahrtforschungseinrichtung gegründet. Seitdem werden hier wichtige Grundlagen der modernen Luftfahrt erforscht. Im DLR Göttingen arbeiten derzeit gut 480 Fachleute an den Flugzeugen, Raumschiffen und Hochgeschwindigkeitszügen der Zukunft. Zur Weltspitze zählt das DLR Göttingen auf dem Gebiet der optischen Messtechniken für Strömungen.

Von Vicki Schwarze/DLR

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