Schlüsseltechnologien für zukünftige Strut-Braced-Wing-Flugzeuge
AWATAR
Strut-Braced-Wing-Konfiguration als Halbmodell in der ETW-Messstrecke
Credit:
ETW
Die Luftfahrtindustrie verfolgt das Ziel, bis 2050 netto-kohlenstoffneutrale Emissionen zu erreichen. Neben nachhaltigen Flugkraftstoffen und neuen Antriebskonzepten sind dafür deutlich effizientere Flugzeugkonfigurationen erforderlich. Im Forschungsprojekt AWATAR (Advanced Wing MATuration And integRation) entwickeln die Projektpartner aus Forschung und Industrie deshalb zentrale Technologien für zukünftige Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge und bereiten deren industrielle Einführung sowie spätere Zertifizierung vor.
Im Mittelpunkt steht die Reifeentwicklung eines neuartigen Flügelkonzepts mit vier zentralen Technologien:
Strut-Braced-Wing: Hochgestreckter, abgestützter Flügel zur Reduktion des aerodynamischen Widerstands.
Laminarflug: Laminarströmung in den Außenflügelbereichen zur Verringerung des Luftwiderstands.
Die Technologien werden mithilfe hochgenauer numerischer Simulationen, Windkanalversuchen sowie eines bodengebundenen Demonstrators entwickelt und validiert.
Ergänzend entsteht ein integrierter Flugzeugentwurf für ein wasserstoffbetriebenes Kurz- und Mittelstreckenflugzeug mit Open-Fan-Antrieb, der alle Technologien zusammenführt und ihre Wirkung auf Flugzeugebene bewertet.
Effizienzpotenzial der integrierten Technologien
Auf Flugzeugebene ermöglicht die neuartige aerodynamische Konfiguration deutliche Effizienzsteigerungen. Die Flügelgeometrie mit sehr hoher Flügelstreckung und Laminarströmung in den Außenflügelbereichen reduziert den aerodynamischen Widerstand. Gleichzeitig senkt das innovative, laminartaugliche Enteisungssystem in der Vorderkante den Energiebedarf gegenüber konventionellen Enteisungsverfahren. Mit der effizienten Integration des großen Open-Fan-Triebwerks soll die Kombination der Technologien den Blockenergieverbrauch eines zukünftigen Kurz- und Mittelstreckenflugzeugs mit 250 Passagieren und einer Reichweite von bis zu 2.000 nautischen Meilen um rund 18 Prozent gegenüber dem Referenzstand von 2020 reduzieren.
Im DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik übernehmen wir die Auslegung der Strut-Braced-Dry-Wing-Konfiguration, bei der kein Wasserstoff im Flügel gespeichert wird, einschließlich der Integration des Open-Fan-Triebwerks. Das Institut für Aeroelastik bringt seine Expertise in den strukturellen Vorentwurf, die Strukturdynamik sowie die Strukturdimensionierung ein. Gemeinsam entwickeln wir außerdem die Windkanalkonfiguration für den European Transonic Windtunnel (ETW), eine Strut-Braced-Wet-Wing-Konfiguration mit Wasserstoffspeicherung im Flügel, jedoch ohne Triebwerk, die als Grundlage für die experimentelle Validierung dient.
Das Projekt wird durch die europäische Agentur für Flugsicherheit EASA begleitet und ist eng mit weiteren Clean-Aviation-Projekten vernetzt.
ETW-Test der Strut-Braced-Wing-Konfiguration
Ein wesentliches Merkmal der Strut-Braced-Wing-Konfiguration ist die Abstrebung des Tragflügels zum Rumpf durch einen profilierten Strut. Am DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik haben wir die Strut-Anbindung und die Profilierung für eine festgelegte Planform so ausgelegt, dass sowohl im Reiseflug als auch bei maximaler Betriebs-Machzahl (MMO) keine Strömungsablösung auftritt und die maximale erlaubte Strukturbelastung im Off-Design nicht überschritten wird. Im Rahmen einer zweiwöchigen Messkampagne im ETW haben wir diese Auslegung unter kryogenen Bedingungen in der Transsonik bis an das strukturelle Limit getestet.
Strut-Anbindung am Tragflügel mit Stereo Pattern Recognition (SPR) Technology
Mit diesem Validierungstest haben wir erstmals europaweit eine Strut-Braced-Wing-Konfiguration bei Flug-Reynolds-Zahlen und transsonischen Mach-Zahlen erfolgreich untersucht. Die gewonnenen Daten zu Druckverteilungen (Druckbohrungen und Pressure Sensitive Paint (PSP), Verformungen (Stereo Pattern Recognition (SPR) Technology) und aerodynamischen Lasten bilden einen wertvollen Datensatz zur Validierung der für den Entwurf und die Nachrechnung eingesetzten numerischen Verfahren. Die validierten Verfahren werden anschließend für die Auslegung der hochperformanten Strut-Braced-Dry-Wing-Konfiguration mit integriertem Open-Fan und laminarem Außenflügel eingesetzt.
Projekt
AWATAR - Advanced Wing Maturation and Integration
Laufzeit
1/2024 - 12/2026
Projektbeteiligte
ONERA
Airbus Operations
Dassault Aviation
NLR
Collins Aerospace
Goodrich Aerospace Europe SAS
European Transonic Windtunnel (ETW)
Technische Universität Delft
Université de Montpellier
DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
DLR-Institut für Aeroelastik
Förderung
AWATAR project is part of the the Clean Aviation Joint Undertaking (CAJU) under the Horizon Europe programme. Grant agreement no. 101140588
