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Gemeinsamer Einsatz der DLR Forschungsflugzeuge A320 ATRA und Dassault Falcon 20E-R

15. Mai 2013

Erfolgreiche Flugversuche zur Entwicklung eines Wirbelschleppenwarnsystems und zur Bestimmung von aerodynamischen Eigenschaften im Flug
Für die DLR Projekte WEAA (Wake Encounter Avoidance and Advisory System) und OPIAM (Online Parameter Identification for Integrated Aerodynamic Modelling) waren die beiden Forschungsflugzeuge A320 ATRA vom Standort Braunschweig und Dassault Falcon 20E-5 vom Standort Oberpfaffenhofen gemeinsam im Einsatz. Mit 4 Versuchsflügen im März und April wurde erfolgreich ein Flugversuchsprogramm durchgeführt.

 

 

Schwerpunkt der Versuchskampagne waren erste Tests eines Systems zur Warnung vor Wirbelschleppeneinflügen (WEAA), welches federführend von DLR-Institut für Flugsystemtechnik in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Physik der Atmosphäre entwickelt wurde. Wirbelschleppen sind Luftverwirbelungen, die im Flug  entstehen und unvorteilhafte Auswirkungen auf den nachfliegenden Flugverkehr haben können. Flugzeuge müssen daher untereinander vorgeschriebene Mindestabstände einhalten. Wind- und weitere Atmosphäreneinflüsse machen Position und Lage der Wirbelschleppen ohne zusätzliche Hilfsmittel nicht genau vorhersehbar. Abhilfe soll hier ein Wirbelschleppenwarn- und -ausweichsystem schaffen, das mit Daten der Flugüberwachung (ADS-B) arbeitet. An Bord werden von anderen Flugzeugen genaue Informationen über deren Position und Geschwindigkeit empfangen. Unter Berücksichtigung der aktuellen Wind- und Atmosphärenverhältnisse berechnet damit eine Software die Prognose für Transport und Zerfall der Wirbelschleppen, die den Piloten auf einem Display im Cockpit angezeigt wird. Ein unabsichtliches Hineinfliegen in die Wirbelschleppen kann dann durch ein rechtzeitig eingeleitetes Ausweichmanöver vermieden werden.

In der durchgeführten Versuchskampagne flog das Forschungsflugzeug Falcon als „Wirbelerzeuger“ vor dem ATRA her. Dies erforderte von den  Flugversuchs-Teams der Einrichtung Flugexperimente sorgfältige Vorbereitung, detaillierte Definition der Flugmanöver sowie genaue Absprachen mit der DFS (Deutsche Flugsicherung). Im ATRA wurde die Wirbelschleppenprognose generiert und im Cockpit dargestellt. Um das System zu testen, wurde mit dem ATRA gezielt unter verschiedenen Einflugwinkeln in die Wirbelschleppen der Falcon geflogen.

 

 
 
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Bei einem Blick aus dem Cockpitfenster sind die Wirbelschleppen für einen Piloten im Allgemeinen nicht sichtbar. Unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen bilden sich jedoch hinter dem Flugzeug Kondensstreifen, mit deren Hilfe man die Wirbel gut erkennen kann. Mit den beiden Flugzeugen wurde daher in Gebieten geflogen, in denen die Bildung von Kondensstreifen zu erwarten war. Bei einem Einflug mit dem ATRA in eine solche Wirbelschleppe wurde auf dem Cockpitdisplay die prognostizierte Wirbelschleppe genau angezeigt. Die Funktion des Prognosesystems konnte daher im Flugversuch erfolgreich bestätigt werden.

Das Projekt OPIAM (Online Parameter Identification for Integrated Aerodynamic Modelling) beschäftigt sich mit neuartigen Verfahren, die eine Bestimmung der aerodynamischen Eigenschaften eines Flugzeugs in der Flugerprobung bereits während des Fluges erlauben. Untersuchungsgegenstand war in diesem Fall das Forschungsflugzeug ATRA selbst, mit dem für den Test dieser Verfahren spezielle Manöver durchgeführt wurden. Mit gezielten Steuerruderausschlägen wurden charakteristische Eigenbewegungen des ATRA angeregt, die durch seine aerodynamischen Eigenschaften bestimmt sind. Mit Verfahren zur Parameteridentifizierung können die aerodynamischen Kennwerte des Flugzeugs ermittelt werden. Während des Flugversuchs mit ATRA wurde eine große Anzahl an anspruchsvollen Flugmanövern geflogen, die von der Crew vor den eigentlichen Testflügen im Simulator vorbereitet wurden. Diese sorgfältige Vorbereitung war auch deswegen nötig, weil die Crew zur Versuchsdurchführung einige automatische Funktionen des Flugreglers deaktivieren musste. 

Mit dem Versuchsprogramm konnten die entwickelten „Online“-Parameteridentifizierungsverfahren erfolgreich getestet werden. Die gewonnen Daten werden genutzt, um die Genauigkeit des flugmechanischen Modells des Flugzeugs zu analysieren. Dies ist bei der Erprobung neuer Flugzeuge sehr wichtig. Mit Hilfe von „Online“-Parameteridentifizierungsverfahren kann  überprüft werden, ob die vor dem Erstflug berechneten aerodynamischen Eigenschaften denen des tatsächlichen Flugzeugs entsprechen. Das aus Flugversuchsdaten gewonnene Modell wird auch für Flugsimulatoren und die Auslegung von Flugreglern benötigt.


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