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Klappensteuerung bei Böen: Schutz für Flügel?

 

21. Dez 2019 - 11:15 Uhr


Technik

Klappensteuerung bei Böen: Schutz für Flügel?

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat erstmals einen Flügel im Windkanal getestet, der mit Hilfe von drei regelbaren Klappen die Effekte auftretender Turbulenzen quasi ausgleicht.


Dadurch bietet sich die Möglichkeit, die Struktur moderner Verkehrsflugzeuge in Zukunft leichter zu bauen und somit umweltfreundlicher zu fliegen. Diese Idee ist nicht neu und wird bereits im Flugzeugbau eingesetzt. Forscher des DLR haben jetzt aber erstmals einen Flügel mit drei speziell entwickelten Steuerklappen getestet, die mit Hilfe einer ausgefeilten Regelung eine hocheffiziente Reduktion der Flügelbelastungen erlauben.


Flügel intelligent entlasten


Die Reduktion von Gewicht gilt neben sparsameren Triebwerken und schlankeren und damit widerstandsärmeren Flügeln als wichtigster Weg, den Treibstoffverbrauch im Luftverkehr zu verringern. Bei Flugzeugflügeln ist die Möglichkeit, mit herkömmlichen Bauweisen Gewicht einzusparen, praktisch ausgeschöpft. Da Flugzeugflügel auch den extremsten Belastungen standhalten müssen, sind sie besonders stabil gebaut. Gelingt es, die Lasten zu reduzieren, die ein Flügel aushalten muss, kann seine Struktur leichter werden. Eine Möglichkeit ist, dass Klappen den Flügel so steuern, dass er den aktuellen Beanspruchungen aus Böen und Turbulenz automatisch ausweicht. 


Beim Versuch im Göttinger Windkanal werden zunächst besonders starke Windkräfte erzeugt, die auf das Flügelmodell im Maßstab eins zu zehn treffen. "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."


Klappe: Die Dritte! Auch bei Ausfall


Wenn die neuartige Dreiklappenregelung eingesetzt wird, bemerken Sensoren am Flügel in Sekundenbruchteilen, dass dieser sich zu verformen beginnt, und lösen eine Gegensteuerung der Klappen aus. Dadurch verringern sich die auf den Flügel wirkenden Kräfte und damit auch seine Durchbiegung 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 Dipl.-Ing. Manuel Pusch vom DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik.


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


Geballtes Know-how für Böensesibilität


Der Windkanalversuch fand im Rahmen des DLR-Projekt KonTeKst (Konfigurationen und Technologien für das emissions- und lärmarme Kurzstreckenflugzeug) statt. Das Projekt untersucht unter anderem neue Konfigurationen und Triebwerkstechnologien für umweltfreundliche Kurzstreckenflugzeuge. Zu den untersuchten Technologien gehören Schallabschirmungskonzepte sowie Verfahren zur Quelllärmreduktion am Triebwerk und am Flugzeug. Elf DLR-Institute sind am Projekt beteiligt:


Die DLR-Institute für Aeroelastik (Koordinator), für Aerodynamik und Strömungstechnik, für Bauweisen und Strukturtechnologie, für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, für Flugführung, für Flugsystemtechnik, für Flughafenwesen und Luftverkehr, für Systemarchitekturen in der Luftfahrt, für Physik der Atmosphäre und für Systemdynamik und Regelungstechnik.


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