19. November 2019
Erstflug für aeroelastische Tragflächen auf dem Sonderflughafen Oberpfaffenhofen

Supereffiziente Flügel heben ab

Abflug FLEXOP
Abflug vom Sonderflughafen Oberpfaffenhofen
Bild 1/7, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Abflug vom Sonderflughafen Oberpfaffenhofen

Der FLEXOP-Flugdemonstrator hob am 19. November 2019 zu seinem Erstflug ab. Während des rund 25-minütigen Fluges über dem Sonderflughafen Oberpfaffenhofen konnten verschiedene Flugmanöver erfolgreich getestet werden.

FLEXOP hoch in der Luft
Hoch in der Luft - leicht und stabil
Bild 2/7, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Hoch in der Luft - leicht und stabil

Der FLEXOP-Flugdemonstrator hob am 19. November 2019 zu seinem Erstflug ab. Während des rund 25-minütigen Fluges über dem Sonderflughafen Oberpfaffenhofen konnten verschiedene Flugmanöver erfolgreich getestet werden.

Landung FLEXOP
Sichere Landung: FLEXOP-Erstflug absolviert
Bild 3/7, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Sichere Landung: FLEXOP-Erstflug absolviert

Der FLEXOP-Flugdemonstrator hob am 19. November 2019 zu seinem Erstflug ab. Während des rund 25-minütigen Fluges über dem Sonderflughafen Oberpfaffenhofen konnten verschiedene Flugmanöver erfolgreich getestet werden.

FLEXOP-Team
FLEXOP-Team nach erfolgreichem Erstflug
Bild 4/7, Quelle: DLR

FLEXOP-Team nach erfolgreichem Erstflug

Das Flugversuchsteam freut sich über den erfolgreichen Erstflug des FLEXOP-Flugdemonstrators, der am 19. November 2019 am Sonderflughafen Oberpaffenhofen von Wissenschaftlern des DLR und der TU München durchgeführt wurde.

Vorbereitungen vor dem Flug - Der FLEXOP-Flugdemonstrator
Vorbereitungen vor dem Flug
Bild 5/7, Quelle: Fabian Vogl/TUM

Vorbereitungen vor dem Flug

Der FLEXOP-Flugdemonstrator wird vor dem Flug zur Erprobung neuartiger supereffizienter Tragflächen ausführlich vorbereitet.

Der FLEXOP-Flugdemonstrator vor der Bodenkontrollstation
Flugdemonstrator vor der Bodenkontrollstation
Bild 6/7, Quelle: Fabian Vogl/TUM

Flugdemonstrator vor der Bodenkontrollstation

Die Flugversuche des EU-Projekts FLEXOP finden am Sonderflughafen Oberpfaffenhofen statt.

Computerarbeitsplätze in der Bodenkontrollstation des FLEXOP-Flugdemonstrators
Computerarbeitsplätze in der Bodenkontrollstation
Bild 7/7, Quelle: Fabian Vogl/TUM

Computerarbeitsplätze in der Bodenkontrollstation

Die Bildschirme zeigen Flugroute und Blickfeld des Flugdemonstrators um ihn durch den Luftraum zu leiten.

  • Neuartige Flügel können Flugzeuge leichter machen.
  • Partner aus sechs EU-Ländern arbeiten an neuen Technologien, um das Flattern zu kontrollieren
  • DLR-Expertise für Flügelentwurf und aktive Klappen-Regelung.
  • Schwerpunkte: Luftfahrt, Digitalisierung

Forschenden unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, neue Technologien für leichtere, aber trotzdem äußerst stabile Tragflächen zu entwickeln. Mithilfe der neuartigen Flügel könnte das Fliegen bald umweltfreundlicher und günstiger werden. Auf dem Flugplatz Oberpfaffenhofen hoben die sogenannten aeroelastischen Flügel am 19. November nun zum ersten Mal ab.

Flügel mit größerer Spannweite und geringerem Gewicht erzeugen weniger Widerstand - und sind daher energieeffizienter. Durch den effizienteren Auftrieb könnte zukünftig Kerosin eingespart und so die Emissionen und Kosten verringert werden. Der limitierende Faktor für den Bau solcher Flügel ist das aerodynamische Phänomen des Flatterns. Durch den Luftwiderstand sowie Windböen schaukeln sich die Schwingungen der Tragflächen immer weiter auf – wie bei einer Fahne im Wind. „Das Flattern führt zur Materialermüdung. Das kann sogar so weit gehen, dass der Flügel abreißt“, erklärt Sebastian Köberle, wissenschaftlicher Mitarbeiter am TUM-Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme. Zwar beginnt jeder Flügel bei einer bestimmten Geschwindigkeit zu flattern – aber kürzere und dickere Flügel besitzen strukturell eine höhere Steifigkeit und damit Stabilität. Flügel mit mehr Spannweite genauso stabil und steif zu bauen, würde viel mehr Gewicht bedeuten. Im europäischen Projekt FLEXOP (Flutter Free FLight Envelope eXpansion for ecOnomical Performance improvement) arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus sechs Ländern daher an neuen Technologien, die das Flattern unter Kontrolle bringen und es gleichzeitig erlauben, die Flügel leichter zu bauen.

Flügel weicht Wind aus

Die Forscher der TUM sind für die Konzeption und Durchführung der Flugversuche verantwortlich, die das tatsächliche Verhalten der zwei neuartigen Tragflächen zeigen, die im Projekt entwickelt wurden: Der aeroelastische Flügel und der Flatterflügel. Dazu bauten die Wissenschaftler der TUM zunächst den dreieinhalb Meter langen und sieben Meter breiten Flugdemonstrator und integrierten die Systeme der europäischen Partner. Bei der besonders leichten Tragfläche, die nun zum ersten Mal gestartet ist, handelt es sich um den sogenannten aeroelastisch optimierten Flügel, der vom DLR in Göttingen in Zusammenarbeit mit der Universität Delft entwickelt wurde. Er besteht aus Kohlefasern. Durch eine spezielle Ausrichtung der Fasern beim Aufbau des Flügels konnten die Forschenden sein Biege- und Torsionsverhalten beeinflussen. „Wird der Flügel durch die Luftkräfte gebogen, dreht er sich gleichzeitig und weicht den Lasten der Anströmung sozusagen aus“, sagt Prof. Dr. Wolf-Reiner Krüger vom Göttinger DLR-Institut für Aeroelastik.

Mithilfe der Referenzflügel arbeiteten die Forscher der TUM im Vorfeld daran, den Flugdemonstrator automatisiert vorgegebene Flugversuchsmuster fliegen zu lassen. Sie erarbeiteten die optimalen Einstellungen und entwickelten Handbücher und Checklisten für die Flugversuche. „Der Flugdemonstrator soll mit den neuartigen Flügeln so schnell fliegen, dass diese theoretisch flattern müssten“, erklärt Köberle. „Bei solch hohen Geschwindigkeiten müssen wir sicher sein, dass nichts schiefgeht.“

Das Fluggerät muss vom Boden aus zu jedem Zeitpunkt zu sehen sein, sodass die Forscher jederzeit eingreifen können. Das bedeutet, dass die Flugmanöver in einem engen Radius von einem Kilometer geflogen werden. Nachdem die komplexen Vorarbeiten abgeschlossen waren, folgte der umfängliche Versuchsflug. „Es hat alles so geklappt, wie wir es uns vorgestellt haben“, sagt Köberle. „Jetzt beginnt die Datenauswertung.“

Aktive Klappenregelung im „Flatterflügel“

Ein weiterer im Projekt entwickelter supereffizienter Flügel ist der sogenannte „Flatterflügel“. Dabei handelt es sich um einen Entwurf der TUM. Er besteht aus Glasfasern. Kommt es zum Flattern, werden die äußeren Klappen ausgeschlagen. Sie wirken dabei wie Dämpfer. "Die eingebaute am DLR entwickelte aktive Regelung der Klappen vergrößert die Möglichkeiten für eine wesentlich leichtere Bauweise maßgeblich", sagt Dr. Gertjan Looye vom Oberpfaffenhofener DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik, der den DLR-Anteil am Projekt leitet. Ein zweites Flugregelungssystem wird vom Computer and Automation Research Institute der ungarischen Akademie der Wissenschaften (MTA SZTAKI) entwickelt. Der Projektleiter Bálint Vanek von MTA SZTAKI ergänzt: "Mit einem solchen Flügel könnten künftig 20 Prozent mehr Fracht transportiert werden oder sieben Prozent Treibstoff eingespart werden." Diese Technologie ist besonders komplex. Daher werden die Tests an diesem Flügel erst zu einem späteren Zeitpunkt stattfinden.

Zuvor waren beide Varianten des supereffizienten Flügels bereits bei Standschwingungsversuchen am DLR-Standort Göttingen getestet worden.

Vom Demonstrator zum Passagierflugzeug

Die Flügel sollen aber nicht nur am Flugdemonstrator abheben. In einem weiteren Schritt sollen die Ergebnisse des Projekts auf die Konfiguration von Transport- und Passagierflugzeuge übertragen werden.

Die Partner

Die Partner im EU-Projekt FLEXOP sind die Ungarische Akademie der Wissenschaften, Airbus Group Innovation, Airbus Group Limited, FACC Operations GmbH, INASCO (Integrated Aerospace Sciences Corporation), Technische Universität Delft, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Technische Universität München, Universität Bristol und die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen.

Kontakt
  • Falk Dambowsky
    Presseredaktion
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Media|Relations
    Telefon: +49 2203 601-3959
    Linder Höhe
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  • Dr. ir. Gertjan Looye
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik
    Telefon: +49 8153 28-1068
    Münchener Straße  20
    82234 Weßling
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  • Prof. Dr.-Ing. Wolf-Reiner Krüger
    Leitung Lastanalyse und Entwurf
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Institut für Aeroelastik
    Telefon: +49 551 709-2808
    Telefax: +49 551 709-2862
     
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  • Dipl.-Ing. Sebastian Köberle
    Technische Universität München

    Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme
    Telefon: +49 89 289 16748
     
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