Das größte Flottenmitglied, der Airbus A320-232 "D-ATRA", ist seit Ende 2008 für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Einsatz. ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) ist eine moderne und flexible Flugversuchsplattform, die nicht nur größenmäßig einen neuen Maßstab für fliegende Versuchsträger in der europäischen Luftfahrtforschung setzt.

Modifikation

Brennstoffzelleneinsatz zur Notstromversorgung

Gemeinsam mit dem Projektpartner Airbus hat das DLR-Institut für Technische Thermodynamik das Flugzeug mit einem Brennstoffzellensystem von Michelin ausgestattet. Die eingebaute Brennstoffzelle übernimmt für eine Stunde die Notstromversorgung – frei von Kohlendioxid- oder anderen Schadstoffemissionen. Im Rahmen der Notfallversorgung betreibt das System die Pumpe eines von drei Hydrauliksystemen, das bei einem Ausfall der Triebwerke die Steuerflächen bewegt.

Um die 20 Kilowatt-Brennstoffzelle im Frachtraum installieren zu können, wurde das DLR-Forschungsflugzeug zunächst mit einem Frachtladesystem ausgestattet. Anschließend musste das Brennstoffzellensystem an das Flugzeug und dessen Verbraucher angebunden werden. Schwierige Aufgaben hierbei waren neben dem Aufbau der mobilen Infrastruktur zur Versorgung mit Kraftstoff (Wasserstoff und Sauerstoff) auch die Entwicklung und Implementierung der für den Flugversuch zugelassenen Messinstrumente, mit denen das Verhalten des Brennstoffzellen-Systems während des Flugs beobachtet und analysiert wird. Bevor das Flugzeug mit der Brennstoffzelle an Bord zum ersten Testflug abheben konnte, musste das System umfangreiche Abnahmetests am Boden bestehen, um die für den Flugbetrieb erforderliche Sicherheit zu gewährleisten.

Im Laufe der Nutzungsphase wird die Grundausstattung weiterentwickelt und das Einsatzspektrum von ATRA immer wieder erweitert. Viele Ein- und Umbauten am Versuchsträger sind stark an spezifische wissenschaftliche Experimente gekoppelt und damit zum Teil nur temporär. Durch Nutzung weit verbreiteter Standards bei der Auswahl der Komponenten und Strukturen sollen die Anforderungen hinsichtlich Modularität, Erweiterbarkeit, Einfachheit sowie Zuverlässigkeit und Langlebigkeit erfüllt werden.

Missionen - Forschungsschwerpunkte

ATRA wird auf folgenden Gebieten eingesetzt:

• Erprobung von aeroelastischen Messverfahren
• Untersuchungen zur Innenraumakustik
• Messungen von Umströmungslärm
• Messungen von Turbulenzen (Laminarisierung) am Flügel und am Leitwerk
• Erprobung neuester Messverfahren wie PIV (Particle Image Velocimetry), eine optische Methode zur Messung von Geschwindigkeitsfeldern
• Vermessung von Wirbelschleppen. Dies sind Luftverwirbelungen, die als Folge des an den Tragflächen erzeugten Auftriebs entstehen
• Atmosphären- und Triebwerksmessungen

Des Weiteren verfügt ATRA über mehrere Cockpitschnittstellen. Hierzu wurden eine experimentelle Ansteuerung der Cockpit-Displays, zusätzliche Datenlinks sowie ein Head-up-Display realisiert. Damit ergeben sich Möglichkeiten für Untersuchungen von:

• Flugsteuerungskommandos für den Wirbelschleppendurchflug und zur Lastabminderung sowie in den Bereichen autonomes Fliegen, Rollverkehrsführung, Pilotenassistenz und Displaytechnologie
• Untersuchungen zur Arbeitsbelastung und -verteilung von Piloten
• Erprobung modernster Navigation- und Kommunikationstechnologien für Flugzeuge und lärmarmen An- und Abflugverfahren

Wirbelschleppenforschung mit ATRA

Luftwirbel hinter Flugzeugen entstehen als Folge des an den Tragflächen erzeugten Auftriebs; sie können sich als unsichtbare Wirbelschleppen noch längere Zeit entlang der Flugbahn halten. Daher sind für die zivile Luftfahrt genaue Sicherheitsabstände vorgeschrieben, die die Start- und Landefrequenzen auf großen Flughäfen bestimmen und bei hohem Verkehrsaufkommen zu Kapazitätsengpässen führen können. Die unangenehme, bei Passagieren und Airlines gleichermaßen unerwünschte Folge sind Warteschleifen und Verspätungen.

Das DLR verfolgt hierzu zwei unterschiedliche Ansätze: Zum einen kann ATRA mit Hilfe der Lasermesstechnik LIDAR (Light Detection and Ranging) das Geschwindigkeitsfeld des Wirbels eines vorausfliegenden Flugzeugs messen. Zum anderen messen Anströmsensoren die Parameter für Wirbelmodelle wie Intensität und Alterungsverhalten. Dieser Ansatz bietet den Vorteil, dass gleichzeitig die Reaktion des einfliegenden Flugzeugs auf die Wirbelströmung im Zusammenhang mit den aktuellen Wirbelschleppeneigenschaften modelliert und bewertet werden. Ziel der Versuche ist, durch eine genauere Berechnung der Ausbreitung und des Abbaus der Wirbelschleppen die möglichen Staffelungsabstände zwischen hintereinander an- oder abfliegenden Flugzeugen zu verringern.

Hochauftriebsforschung mit ATRA für leistungsfähige Start- und Landephasen

Der Luftverkehr steht vor vielfältigen Herausforderungen. Durch den weltweiten Anstieg des Luftverkehrsaufkommens wird eine Steigerung der aerodynamischen Leistungsfähigkeit während der Start- und Landephase gemeinsam mit einer Reduktion des Fluglärms noch wichtiger werden. Das DLR arbeitet in diversen nationalen und europäischen Forschungsprojekten an diesen Herausforderungen.

Die Konzeption und Entwicklung komplexer Klappen- und Übertragungssysteme, die weit reichende Auswirkungen auf die Start- und Landeeigenschaften sowie auf die Lärmemission der Flugzeuge haben, stellt deshalb einen Kernforschungsbereich des DLR dar. In Kooperation mit dem Bereich High-Lift-Systeme der Firma Airbus in Bremen forscht das DLR an aktuellen Fragestellungen.