„Testflug“ lange vor dem ersten Start

Für den „Erstflug“ im Computer werden enorme Rechenleistungen genutzt. Bild: DLR
Für den „Erstflug“ im Computer werden enorme Rechenleistungen genutzt. Bild: DLR

hidden image object

„Testflug“ vor dem ersten Start? Wie soll das gehen? Neugierig geworden? Prima: Dann lest und staunt, was heute dank moderner Computer so alles möglich ist.

Hier wird das Strömungsverhalten – die Aerodynamik – eines neuen Flugzeugs im Rechner untersucht. Die Luftverwirbelungen erkennt man an den bunten Bändern, die wie Luftschlangen aussehen. Bild: DLR
Hier wird das Strömungsverhalten – die Aerodynamik – eines neuen Flugzeugs im Rechner untersucht. Die Luftverwirbelungen erkennt man an den bunten Bändern, die wie Luftschlangen aussehen. Bild: DLR

Wenn man früher ein neues Flugzeug entwickeln wollte, baute man – ganz einfach gesagt – ein verkleinertes Modell und testete es im Windkanal. Je nach den Ergebnissen dieser Versuche verbesserte man den Entwurf, bis schließlich das „echte“ Flugzeug gebaut werden konnte. Heute spielen Computer bei der Entwicklung neuer Flugzeugtypen die entscheidende Rolle: Mit ihrer Hilfe kann man in der virtuellen Welt schon alle Flugeigenschaften ermitteln – lange vor den ersten Tests im Windkanal, die dann oft nur noch der Überprüfung dienen. Kurz und gut: Bevor ein Flugzeug in der Realität abhebt, also lange vor dem Erstflug, „fliegen“ die Flugzeuge der Zukunft schon im Computer. Dies nennen die Fachleute „numerische Simulation“.

Elektronische „Superhirne“

Um die Flugzeuge der Zukunft zu entwickeln, benötigt man natürlich besonders leistungsfähige Computer. Im DLR in Braunschweig steht ein solches elektronisches „Superhirn“: Es heißt „Case“ und schafft über 46 Billionen Rechenoperationen – und zwar pro Sekunde! Zum Vergleich: Um eine solche ernorme Rechenleistung mit „normalen“ Computern zu erreichen, müsste man Tausende Laptops zu einem einzigen Rechner zusammenschließen. Der Case-Rechner wird aber noch weiter ausgebaut und soll am Ende über 2.000 Billionen Rechnungen pro Sekunde schaffen.

Die Flugzeuge müssen stabil sein, aber nicht starr. Dies wird in der Aeroelastik errechnet. Bild: DLR
Die Flugzeuge müssen stabil sein, aber nicht starr. Dies wird in der Aeroelastik errechnet. Bild: DLR

Diese unvorstellbar große Rechnerleistung ist aber auch nötig. Denn wenn man ein Flugzeug von über 70 Metern Länge und einer Spannweite von mehr als 60 Metern im Computer konstruieren und fliegen lassen will, geht das eben nicht mit „normalen“ PCs. Denn der Computer soll ja nicht nur das künftige Flugzeug einfach so zeigen, wie es vielleicht eines Tages aussehen könnte. Sondern er soll simulieren, wie sich die neue Maschine im Flug verhalten wird – wenn sie also dann von der Luft umströmt wird. Dieses Strömungsverhalten nennen die Fachleute Aerodynamik. Sie ist für die späteren Flugeigenschaften des Fliegers entscheidend. Und durch die Simulation am Super-Computer lassen sich die Luftströmungen schon sehr genau berechnen – und dann auch nötige Verbesserungen schnell umsetzen. 

Neben der Aerodynamik spielt die sogenannte Aeroelastik bei der Konstruktion von Flugzeugen eine wichtige Rolle. Warum? Weil Flugzeuge zwar stabil sein müssen, aber nicht komplett starr sein dürfen. Sonst würden zum Beispiel die Flügel bei Starts und Landungen oder auch bei Vibrationen im Flug einfach abbrechen. Um den Druck „abzufedern“, müssen sie also „elastisch“ schwingen – allerdings auch wieder nicht zu stark. Da gibt es Grenzwerte. All das untersucht man eben in der Aeroelastik.

Die einzelnen Bauteile – wie zum Beispiel das Fahrwerk – werden ganz genau berechnet. Bild: DLR
Die einzelnen Bauteile – wie zum Beispiel das Fahrwerk – werden ganz genau berechnet. Bild: DLR

Um bei der Entwicklung schneller voranzukommen, teilen sich die Konstrukteure in mehrere Teams auf: Sie untersuchen dann diese unterschiedlichen Fragen an den einzelnen Elementen des geplanten Flugzeugs. Deshalb werden nicht immer komplette Flugzeuge im Computer berechnet, sondern oft auch nur bestimmte Einzelteile oder – wie die Fachleute sagen – „Komponenten“. Denn an einem Bauteil wie dem Flügel finden ganz andere Strömungen statt als zum Beispiel am Fahrwerk. Wenn die Konstruktion der einzelnen Elemente dann perfekt ist und alles zusammenpasst, kann das neue Flugzeug zu seinem Erstflug im Super-Computer starten – und später eines Tages dann auch in der Realität.