Im Cockpit des ISTAR werden im Navigationsdisplay experimentell Informationen zu Wirbelschleppen und möglichen Konflikten mit der eigenen Flugbahn angezeigt.
DLR-Forschungsflugzeug ISTAR am Flughafen Braunschweig-Wolfsburg
ISTAR (In-flight Systems & Technology Airborne Research) ermöglicht den Betrieb experimenteller Software und Cockpitanzeigen unter praxisnahen Flugbedingungen. Die Experimente werden an Bord von Forschenden begleitet und anschließend die umfangreichen aufgezeichneten Daten wissenschaftlich ausgewertet.
Das DLR testet die Genauigkeit eines Warn- und Ausweichsystems für Wirbelschleppen mit Live-Daten des Linienflugverkehrs.
Dafür fliegen die Forschenden gezielt in Wirbelschleppen, um die Wirbelvorhersage unter Reiseflugbedingungen zu bewerten.
Viele Fachleute arbeiten zusammen, um die komplexen Versuche möglich zu machen.
Schwerpunkt: Luftfahrt, Flugsystemtechnik
Wirbelschleppen – die Nachlauf-Turbulenzen, die bei der Erzeugung von Auftrieb hinter Flugzeugen auftreten – können nachteilige Auswirkungen auf nachfolgende Flugzeuge haben. Warnungen vor möglicherweise kritischen Einflügen in Wirbelschleppen müssen eine ausreichende Genauigkeit aufweisen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat erstmals Flugversuche zur Erprobung eines, vom DLR entwickelten, Wirbelschleppen-Warnsystems mit Live-Daten des Linienflugverkehrs durchgeführt. Die grundsätzliche Funktionsweise wurde bereits zuvor mit Flugversuchen erfolgreich getestet.
Starke Luftverwirbelungen
Wirbelschleppen bilden sich im Regelfall als zwei entgegengesetzt rotierende Wirbel, die hinter einem Flugzeug langsam absinken. Sie können bei größeren Flugzeugen eine erhebliche Energie beinhalten. Ohne besondere atmosphärische Bedingungen wie erhöhte Luftfeuchtigkeit und niedrige Temperaturen sind die Wirbel nicht sichtbar. „Das Einfliegen in die Wirbelschleppe kann plötzlich eine starke Reaktion beim einfliegenden Flugzeug hervorrufen“, erklärt André Koloschin vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik. „Dies wird durch Prozeduren und Sicherheitsabstände weitestgehend vermieden. Wie bisherige Untersuchungen zeigen, könnte eine zusätzliche Warnung das Situationsbewusstsein von Pilotinnen und Piloten weiter verbessern“, so Koloschin.
Wirbelprognose und Warnung
Unter Leitung des DLR-Instituts für Flugsystemtechnik entwickeln die Forscherinnen und Forscher ein Warn- und Ausweichsystem für Wirbelschleppen: WEAA – Wake Encounter Avoidance & Advisory. Das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre stellt ein Modell zur Vorhersage des Wirbelverhaltens bereit, mit Informationen zum Wirbeltransport und zur Wirbelstärke. „Die Herausforderung dabei ist, ausreichend genaue Wirbelprognosen auf der Grundlage von verfügbaren Wetterdaten aus verschiedenen Quellen zu erzielen“, ordnet Atmosphärenphysiker Frank Holzäpfel ein. Zusätzliche Daten des eigenen Flugzeugs und des umgebenden Luftverkehrs ermöglichen die Vorhersage potenzieller Konflikte und die Anzeige von Ausweichmöglichkeiten.
Wirbeleinflüge im Dienst der Forschung
Zur Bewertung der Wirbelvorhersage wird die tatsächliche Wirbelposition benötigt. Um diese speziell unter Reiseflugbedingungen im oberen Luftraum genau zu ermitteln, ist das DLR mit seinem Forschungsflugzeug ISTAR (In-Flight Systems and Technologies Airborne Research) gezielt in die Wirbel eingeflogen. Dabei wurden alle Flugzeugdaten aufgezeichnet. Das gezielte Einfliegen in Wirbel ist nur möglich, wenn diese sichtbar sind. Unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen bilden sich Kondensstreifen, die in die Wirbel hineingezogen werden und sie somit sichtbar machen. Die Versuchsflüge wurden daher unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt, welche die Bildung von Kondensstreifen begünstigen.
Komplexes Versuchsszenario
„Diese Art von Versuchsflügen erfordert eine weitreichende Koordination von allen Beteiligten“, erklärt André Koloschin. Die Flugsicherung wurde bereits lange im Voraus unterrichtet. Während der Flüge fand über Funk eine genaue Absprache zwischen DLR-Forschungsflugzeug ISTAR, Flugsicherung und den jeweiligen Flugzeugen im Linienverkehr statt. „In insgesamt fünf Versuchsflügen wurden 120 Wirbeleinflüge durchgeführt, sodass umfangreiche Daten für weitere Entwicklungsarbeiten erhoben werden konnten“, resümiert Koloschin. „Mit der aktuellen Version unserer Vorhersage konnten wir eine erste Bewertung direkt während der Flüge durchführen. Qualitativ haben alle Vorhersagen den Erwartungen entsprochen. Nun gilt es, die Daten systematisch quantitativ auszuwerten. Damit kann die Technologie weiter in Richtung Praxistauglichkeit entwickelt werden.“
