Luftfahrt Standschwingungsversuch: DLR- Forschungsflugzeug D328 UpLift als fliegendes Testlabor

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Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt nutzt sein Forschungsflugzeug D328 UpLift als fliegendes Testlabor für klimaverträgliche Luftfahrt-Technologien. Nun hat man einen Standschwingungsversuch durchgeführt. Das auf einer Luftstützung gebettete Flugzeug wurde strukturdynamisch genau vermessen. Mithilfe der Ergebnisse werden Vorhersagemodelle validiert, die das Schwingungsverhalten des Flugzeugs in jeder Flugsituation simulieren.

Mit den Ergebnissen des Standschwingungsversuchs validiert man die Vorhersagemodelle, die das Schwingungsverhalten des Flugzeugs in jeder Flugsituation simulieren. Experimentelle Umbauten, etwa für neuartige Antriebstechnologien, können dann zügiger und wirtschaftlicher umgesetzt werden. Die rund zweiwöchigen Versuche fanden im Hangar der Deutschen Aircraft in Oberpfaffenhofen statt. Der Flugzeughersteller führt den Aus- und Umbau des fliegenden Testlabors im Auftrag des DLR durch.

Schwingung am Boden

Das Testteam vom DLR-Institut für Aeroelastik stattete das Forschungsflugzeug mit insgesamt 237 Beschleunigungssensoren aus. Aus den von den Sensoren erfassten Zeitdaten wurden die Eigenfrequenzen, Schwingungsformen und Dämpfungen der gesamten Flugzeugstruktur ermittelt. Um das Flugzeug am Boden geeignet in Schwingung zu versetzen, wurden die Bauteile wie Flügel, Rumpf und Steuerflächen, nacheinander durch sogenannte Shaker angeregt, die ähnlich wie Lautsprecher funktionieren. Anstelle von über Luft übertragene Schallwellen, werden mechanische Schwingungen über eine Stößelstange eingeleitet, die am Flugzeug befestigt ist. Die Schwingungen des gesamten Flugzeugs werden dann von den Beschleunigungssensoren erfasst und als elektrische Signale über Kabel an die Messanlage übertragen. Hierbei kam zum Teil am DLR entwickelte Software zum Einsatz, um die empfangenen Signale anzuzeigen, weiterzuverarbeiten und auszuwerten.

Einsatz einer Luftstütze

Damit das am Boden stehende Flugzeug ungestört schwingen kann, wurde das Forschungsflugzeug auf einer speziellen Luftstützung gelagert: Die Stützung wurde an drei Punkten unter den Achsen des Fahrwerks montiert. Sie sorgte dafür, dass das Flugzeug weich und sicher gelagert ist und bei seinen Bewegungen vom Boden entkoppelt bleibt. Die Luftstützung wurde im Rahmen des Forschungsprojekts Uplift beschafft und gemeinsam mit Fabreeka Deutschland entwickelt. Fabreeka ist eine Tochter des Stabilus Konzerns und für niederfrequente Schwingungsisolation bekannt. Nach ihrem ersten Einsatz steht die neue Luftstützung am DLR nun auch für Tests mit anderen Forschungsflugzeugen und für Industriepartner zur Verfügung.

Datenauswertung vor Ort

Das DLR-Testteam hat die Daten vor Ort ausgewertet. So ließ sich bereits vorab prüfen, wie stimmig die experimentellen Messergebnisse sind und mit den bestehenden Simulationsmodell vergleichen. Durch die vorhergegangenen Analysen ließ sich bereits feststellen, ob die Sensoren gut funktionieren, neu positioniert oder bestimmte Frequenzbereiche noch getestet werden müssen. Bei den Standschwingungstests wurden mehr als 50 verschiedene Schwingungsformen bestimmt – die spezifische Frequenz, Amplitudenhöhe und Amplitudenrichtung mit der die Flugzeugstruktur antwortet, wenn sie in einer bestimmten Frequenz angeregt wird.

Ausbau zum fliegenden Testlabor

Die Ergebnisse der Analyse wurden genutzt, um das Simulationsmodell der D328 UpLift zu validieren und zu verbessern. Der weitere Aus- und Umbau des DLR-Flugzeugs zum fliegenden Testlabor wird dadurch wesentlich beschleunigt. Für die Modifikationen am Flugzeug bringt auch die DLR-Einrichtung Flugexperimente ihre Expertise ein. Das Projektteam plant zum Beispiel neuartige Tankbehälter unter den Flügelspitzen zu installieren, um vielversprechende klimaverträgliche Antriebstechnologien zu testen. (se)

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