Verkehrsflugzeuge werden im Flug von Böen und Turbulenzen erfasst, die ihre Tragflächen in unterschiedlichsten Frequenzen zum Schwingen bringen. Dieser Vorgang wird durch die automatische Flugregelung des Flugzeugs ausgeglichen. Über das Verhalten der Steuerklappen ist dabei noch zu wenig bekannt. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) erforschen nun erstmals gemeinsam mit Kollegen der japanischen Luft- und Raumfahrtagentur JAXA das Strömungsverhalten schwingender Tragflügel mit Flügelklappen. Die Messkampagne wird im Transsonischen Windkanal Göttingen (TWG) durchgeführt und läuft bis zum 10. Oktober 2011.

Verbesserung der automatischen Flugregelung

Ziel der Messungen ist es, die automatische Flugregelung von Verkehrsflugzeugen zu verfeinern und damit die Sicherheit der Flugzeuge und den Reisekomfort der Passagiere zu erhöhen. Die automatische Flugregelung nutzt zahlreiche Daten zum Strömungsverhalten der Flügel. Diese Daten werden aus Modellrechnungen mit so genannten "Computational Fluid Dynamics" (CFD) Verfahren gewonnen. Durch die gemeinsamen Messungen von DLR und JAXA sollen diese Verfahren weiter verbessert werden.

Das Besondere der Messkampagne: Es wird ein Modellflügel mit verstellbarer Flügelklappe verwendet. Die Steuerklappen eines Flugzeugs können mit schnellen Bewegungen gezielt bei der automatischen Flugstabilisierung eingesetzt werden. "Um dieses Potenzial zu nutzen, brauchen wir dringend eine verbesserte Datengrundlage, denn die Aerodynamik bei Klappenbewegungen ist bisher noch zu ungenau erforscht", erläutert Dr. Ralph Voß, Projektleiter vom DLR-Institut für Aerolastik in Göttingen. "Erstmalig berücksichtigen wir deshalb in unserer Messkampagne verschiedene Anstellwinkel einer Flügelklappe im hohen schallnahen Geschwindigkeitsbereich."

Flügelmodell mit schwingender Steuerklappe

Der Ideenreichtum beider Partner war gefragt, um die gemeinsame Messkampagne zu ermöglichen. Die Wissenschaftler der JAXA entwickelten das speziell verkleinerte Flügelmodell samt Flügelklappe und statteten es mit zahlreichen Sensoren aus. "Mit diesem Flügelmodell können beispielhaft mehrere Bereiche schwingender Steuerklappen eines Flugzeugs auf ihr Strömungsverhalten hin untersucht werden", erklärt Ralph Voß. Das DLR beteiligt sich mit einem speziellen Mechanismus zum Anregen der Schwingungen am Modellflügel und dem Bereitstellen der Messzeiten im Transsonischen Windkanal Göttingen (DNW-TWG). "Wir interessieren uns insbesondere für die Schwingungsdynamik von Verkehrsflugzeugen, bei einer typischen Reisegeschwindigkeit von 70 bis 80 Prozent der Schallgeschwindigkeit", ergänzt Voß. In diesem Bereich werden verschiedene Geschwindigkeiten im Windkanal simuliert und das Strömungsverhalten des Modellflügels bei unterschiedlich starken Schwingungen untersucht.

Partnerschaft mit Bestand

Die Datenauswertung zum Verbessern der automatischen Flugregelung wird ebenso wie die Messungen gemeinsam von den beteiligten Wissenschaftlern des DLR und der JAXA durchgeführt. In der Vergangenheit hatten sich die deutschen und japanischen Forscher bereits Daten früherer jeweils eigener Experimente gegenseitig zur Verfügung gestellt. Die gegenwärtige Messkampagne ist das erste gemeinsame Experiment. Die deutsch-japanische Kooperation zwischen der JAXA und dem DLR-Institut für Aeroelastik ist Bestandteil der Gesamtstrategie des DLR, internationale Partnerschaften weiter auszubauen.