Luft- und Raumfahrt Projekt oLAF untersucht intelligente Lastkontrolle für Flugzeuge

Intelligente Lastkontrolle können dazu beitragen, dass Fliegen effizienter wird. Denn die Systeme sind in der Lage Steuerflächen und Klappen schnell anzupassen und somit vorausschauend beispielsweise auf Windböen zu reagieren. Im Projekt oLAF, kurz für optimal Lastadaptives Flugzeug, erforschte man diese Systeme. Erkenntnisse: Die Belastung der Tragflächen wird reduziert und der Passagierkomfort erhöht. Auch Treibstoffverbrauch und CO₂-Emissionen lassen sich damit senken.

„Durch das geschickte Zusammenspiel hochentwickelter Steuerflächen und moderner Sensoren, können wir Turbulenzen besser abfedern, die Belastung auf die Flugzeugstruktur minimieren und so effizientere Flugzeuge entwickeln“, erklärt Dr. Lars Reimer, Projektleiter des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik. Das geschieht unter anderem mit Lasersystemen und Lidar-Sensoren, die Windfelder per Laser vermessen und herannahende Böen frühzeitig erkennen können. Durch diese Sensoren hat das Flugzeug die Möglichkeit, präziser und vorausschauender auf äußere Einflüsse zu reagieren und Steuerflächen wie Ruder oder Klappen automatisch anzupassen.

Numerische Simulation einsetzen

Im Projekt oLAF hat das DLR erforscht, wie sich der Einsatz von Lastkontrolltechnologien auf den Entwurf eines neuen Langstreckenflugzeugs auswirkt. Um das Potenzial der Technologie genau abschätzen zu können, haben das DLR mit multidisziplinärer numerischer Simulation zwei Flugzeugentwürfe mit identischen Anforderungen am Computer entwickelt und anschließend miteinander verglichen: eins mit herkömmlicher Technik und eines, das von Entwurfsbeginn an, auf aggressive Lastreduzierung ausgelegt ist. Der entscheidende Unterschied: Die neue Technologie ermöglicht Tragflächen mit größerer Spannweite und höherer aerodynamischer Effizienz, was Treibstoffverbrauch und Emissionen senkt.

Um diese Ergebnisse abzusichern, hat das DLR-Institut für Aeroelastik Versuche im Niedergeschwindigkeitswindkanal Braunschweig (DNW-NWB) durchgeführt. Dafür haben sie das Windkanalmodell eines elastischen Flügels mit beweglichen Hinterkantenklappen und Spoilern versehen und mithilfe eines eigens entwickelten mobilen Böengenerators künstliche Böen erzeugt. Die Schwingungen am Flügel wurden mit und ohne eingeschaltete Lastregleung verglichen. Ergebnis: Mit aktivierter Lastregelung konnten die Schwingungen reduziert und die Belastung am Flügelansatz um bis zu 80 Prozent verringert werden.

7,2 Prozent weniger Treibstoff

Die Erkenntnisse aus den Simulationen und den Versuchen zeigen: Wenn eine umfassende Lastkontrolle bereits im Flugzeugentwurf berücksichtig wird, ermöglicht sie leichtere, höher gestreckte Tragflächen, die aerodynamisch besser sind und Treibstoff sparen. Das Flugzeug mit der neuen Technologie verbraucht den Abschätzungen zufolge bis zu 7,2 Prozent weniger Treibstoff und kann trotz möglicher zusätzlicher Wartungskosten die Wirtschaftlichkeit um bis zu 6,7 Prozent steigern.

Erste Prototypen erproben

Das DLR plant nun, die Technologie weiterzuentwickeln und ausgewählte erste Prototypen in Forschungsflugzeugen zu testen. Parallel dazu werden die Arbeiten aus oLAF fortgesetzt. Man will den digitalen Entwurfsprozess weiterentwickeln. Ziel ist es, Flugzeugherstellern eine Vorgehensweise aufzuzeigen und präzise Werkzeuge an die Hand zu geben, mit denen sie bereits in der frühen Entwurfsphase Lastminderungstechnologien in ihre Designs einplanen können.  (se)

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