Highlights aus dem Institut für Flugsystemtechnik

Wetter & Fliegen - Sicheres Fliegen im Grenzbereich



Ein wesentliches Ziel des DLR-Projekts „Wetter und Fliegen“ ist die Verbesserung des Flugverhaltens durch flugzeuggestützten Steuerungs-, Überwachungs- und Informationssysteme. Es soll der Einfluss von Windböen, Windscherungen und Wirbelschleppen auf das Flugverhalten minimiert werden. Hierzu entwickelt und erprobt das Institut für Flugsystemtechnik Ausweichverfahren sowie automatische Flugsteuerungssysteme unter Verwendung bordgestützter Sensoren. Zusätzlich arbeiten die DLR-Forscher an einem integrierten automatischen Steuerungs- und Regelungssystem, das zur Verbesserung des Flugverhaltens und zu einer Belastungsreduktion von Pilot, Passagieren und Fluggerät bei extremen Atmosphärenbewegungen beitragen soll. Dabei spezifizieren sie neuartige vorausschauende Sensoren und prüfen deren Einsetzbarkeit. Außerdem werden vorausschauend taktische Ausweichflugbahnen generiert, die es dem Piloten ermöglichen, gefährliche Phänomene zu umfliegen. Die entwickelten Verfahren und Systeme werden in Simulatoren und im Flugversuch demonstriert und unter dem Gesichtspunkt einer Pilotenbeurteilung erprobt.

Beispiel Wirbelschleppen

DLR-Versuchsflugzeug ATTAS mit sichtbar gemachter Wirbelschleppe

Bereits jetzt sind aufgrund der begrenzten Start- und Landekapazitäten an Flughäfen, insbesondere zu Verkehrsspitzenzeiten, Probleme bei der Bewältigung des Luftverkehrs zu erkennen. Ein wesentlicher Grund für diesen Engpass sind die derzeit gültigen Wirbelschleppenstaffelungen. Aufgrund der prognostizierten hohen Zuwachsraten von jährlich etwa fünf Prozent im Personenluftverkehr und durch den Einsatz immer größerer und schwererer Flugzeuge ist weltweit ein großes Interesse an der Wirbelschleppenproblematik zu beobachten. Ziel ist die Erhöhung der Flughafenkapazitäten durch Verringerung der Wirbelschleppenstaffelung bei mindestens gleich bleibendem Sicherheitsniveau. Für die Bereitstellung zuverlässiger und belastbarer Fakten ist es wichtig, die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge zu verstehen und die primären Einflussparameter zu identifizieren.

Diese Grundlagen wurden mit den DLR-Projekten „Wirbelschleppe I + II“ geschaffen. In einem ersten Schritt wurde zunächst ein komplexes Simulationssystem aufgebaut, das alle wesentlichen Elemente der Wirkungskette von der Wirbelerzeugung, ihrem zeitlichen Verhalten, dem Begegnungsszenario für ein in das Strömungsfeld einfliegendes Flugzeug sowie dessen Reaktion auf diese Störung enthält. Umfassende und detaillierte Studien aller relevanten Faktoren haben zu einem Erkenntnisgewinn geführt, der das DLR national und international als kompetenten und gefragten Ansprechpartner ausweist, wie die Beteiligungen an zahlreichen EU-Projekten und Industrieaufträgen deutlich macht.

Im Rahmen der DLR-internen Projekte wurde ein Wirbelschleppenvorhersage- und beobachtungssystem (WSVBS) für die Bestimmung dynamischer Staffelungsabstände entwickelt. In jedem Fall sind die Staffelungsabstände dabei so zu bestimmen, dass der Anflugkorridor bezogen auf Wirbelschleppen gefährdungsfrei ist. Von grundlegender Bedeutung in diesem Zusammenhang war die Klärung der Frage, was „gefährdungsfrei“ bedeutet. Für die zivile Transportfliegerei können Situationen als gefährdungsfrei gelten, wenn die durch eine Wirbelschleppe verursachten Effekte einen sicheren operationellen Flugbetrieb nicht beeinflussen. Eine wichtige Komponente im WSVBS ist das vom Institut für Flugsystemtechnik entwickelte Modell SHAPe (Simplified Hazard Area Prediction) zur Bestimmung des Gefährdungsraums, der eine Wirbelschleppe umgibt. Mit Hilfe von offline Simulationen, Simulatorstudien und Flugversuchen mit dem DLR Flugversuchsträger ATTAS wurden diese Gefährdungsraumabmessungen gestützt auf Pilotenbewertungen festgelegt. SHAPe ermöglicht die Berechnung der Gefährdungsraumabmessungen für beliebige Flugzeugpaarungen. Diese universelle Anwendungsmöglichkeit von SHAPe beruht auf der Parametrisierung aller für einen Wirbelschleppendurchflug charakteristischen Kenngrößen von Flugzeugen. Für die Bestimmung der erforderlichen Staffelungsabstände werden basierend auf dem Flugkorridor unter Berücksichtigung der Flugbahnabweichungen die Position der Wirbel und deren Transport vorhergesagt. Diesem Aufenthaltsraum der Wirbel wird für eine spezifische Flugzeugpaarung beziehungsweise Kombination von Flugzeugklassen entsprechend der prognostizierten Wirbelstärke ein Gefährdungsraum überlagert. Dieses Gesamtgefährdungsgebiet muss den Flugkorridor freigeben, damit das nächste Flugzeug passieren kann. Diese Bedingung wird entlang des gesamten Anfluges geprüft.

Neben der Vermeidung kommt der Entschärfung von Phänomenen wie Wirbelschleppeneinflügen durch den Einsatz von aktiven Steuerungen zur Verbesserung der Flugzeugreaktion eine entscheidende Rolle zu. Hier konnte das große Potenzial solcher Systeme bereits aufgezeigt werden.

ICAO Wirbelschleppenstaffelungen
ICAO Wirbelschleppenstaffelungen für den Landeanflug


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