Flugzeug Wirbelschleppen stellen eine potenzielle Gefährdung für nachfolgende Flugzeuge dar und limitieren daher auch die Kapazität großer Flughäfen. Plate Lines vermindern das Risiko von Wirbelschleppen-Einflügen im Endanflug und können dazu beitragen, die Kapazität der Landebahn zu erhöhen. Sie wurden am DLR entwickelt und ihre Vorteile wurden am Flughafen Wien in Zusammenarbeit mit Austro Control in den SESAR Projekten PJ02 EARTH und VLD3-SORT demonstriert.
Plate Lines beschleunigen den Zerfall von Wirbelschleppen, die in Bodennähe in den Flugpfad nachfolgender Flugzeuge aufsteigen können. Eine Plate Line besteht aus einer Reihe senkrecht stehender Platten, die unterhalb des Gleitpfades quer zur Anflugrichtung aufgestellt werden. Die entwickelten Plate Lines sind passiv, kostengünstig, robust und sicher. Sie enthalten keine beweglichen Teile und benötigen keine Stromversorgung.
Impressionen der an der Landebahn 16 am Flughafen Wien installierten experimentellen Plate Line (DLR, CC-BY 3.0).
Beschleunigter Zerfall von Wirbelschleppen im Endanflug
Plate Lines reduzieren die Lebensdauer der sicherheitsrelevantesten Wirbelschleppen um 22% für Flugzeuge der Kategorie Medium und um bis zu 37% für Flugzeuge der Kategorie Heavy. Die Zirkulation, die die „Stärke“ der Wirbelschleppe beschreibt, ist bei einer typischen Staffelung (Medium-Flugzeug folgt auf ein Heavy-Flugzeug) um 50% reduziert. Je nach Flugzeugpaarung ermöglichen Plate-Lines eine potenzielle Staffelungsreduktion zwischen 12% und 20% gegenüber den Kategorien der RECAT-EU Staffelungsmatrix.
Vom Labor in die Anwendung
Seit der ersten Idee im Jahr 2008 wurde die Wirksamkeit des Prinzips zunächst im Wasserschleppkanal bestätigt. Mithilfe von Hochleistungssimulationen wurde die Größe der patentierten Platten optimiert, der Einfluss des Windes untersucht, und der Wirkmechanismus im Detail analysiert. Flugversuche mit dem DLR-Forschungsflugzeug HALO (Gulfstream G550) am Sonderflughafen Oberpfaffenhofen zeigten, dass die Lebensdauer der langlebigsten Wirbel um etwa 30% reduziert werden kann.
Numerische Simulation (links) und Flugexperiment mit Forschungsflugzeug HALO am Sonderflughafen Oberpfaffenhofen (rechts) zur Bestimmung der Wirksamkeit einer Plate Line (DLR, CC-BY 3.0).
Im Jahr 2019 wurde die Wirksamkeit der Plate Lines schließlich in einer großangelegten Messkampagne am Flughafen Wien unter realem Flugverkehr demonstriert. Zwei temporäre Plate Lines wurden unterhalb des Anflugpfads zur Landebahn 16 aufgebaut. Über sechs Monate wurde der Wirbelschleppenzerfall für 9473 Landungen mittels Lidar erfasst. Ausgewertet wurden zunächst die Lebensdauer und Zirkulation der Wirbelschleppen sowie die Reduzierung der Flugzeugstaffelungen nach der etablierten RECAT-EU Methode unter Berücksichtigung des Plate Line Effekts. Die Untersuchungen am Flughafen Wien wurden im Rahmen des SESAR Joint Undertaking “Increased Runway and Airport Throughput” Projekts (PJ.02 EARTH) und des “Safely Optimized Runway Throughput” Projekts (VLD3-W2 SORT) im European Union's Horizon 2020 research and innovation programme unter den grant agreement Nos 731781 and 874520 gefördert.
Technisches Design
Der technische Entwurf für eine feste Installation der Plate Lines wurde in einem dreiphasigen Prozess entworfen: Definition der Anforderungen, Vordesign und Detaildesign. Zunächst wurden acht Hauptanforderungen identifiziert und mit ihrer Wichtigkeit gewichtet. Dann wurden aus 15 Designideen die vier geeignetsten Entwürfe ausgewählt und mittels der Finite-Elemente-Analyse bewertet. Das beste Design, bestehend aus vier Aluminium Masten in Fachwerkbauweise, die neun Aluminium Wabenkern-Verbundplatten tragen, wurde abschließend für die Installation am Flughafen Wien ausgewählt.
Gewähltes Plate Design zur permanenten Installation an Flughäfen (DLR, CC-BY 3.0).
Zertifizierung ist nächster Schritt
Aktuell läuft der Prozess für die Zertifizierung der Plate Lines für den operativen Einsatz. Dadurch soll Flughäfen und Flugsicherungsorganisationen zunächst ein günstiges Mittel zu Verfügung gestellt werden, um Sicherheit, Resilienz und Treibstoffeffizienz durch die Vermeidung von Go-Arounds zu erhöhen. Die angestrebte gesteigerte Landekapazität soll dazu beitragen, die Luftfahrt klima- und umweltfreundlicher zu gestalten, indem Verspätungen und Warteschleifen verringert und der Bau neuer Landebahnen zurückgestellt werden kann.
Referenzen