Deutsche Spitzenforschung zum High-Speed Stall

Flugzeugmodell im Transschall-Windkanal: Eine Fotomontage eines Windkanalmodells über das bildlich die numerische Simulation der Aerodynamik eines Verkehrsflugzeus bei hohen Fluggeschwindigkeiten gelegt wurde.
Flugzeugmodell im Transschall-Windkanal: Eine Fotomontage eines Windkanalmodells über das bildlich die numerische Simulation der Aerodynamik eines Verkehrsflugzeus bei hohen Fluggeschwindigkeiten gelegt wurde.

Dank einer neuen Allianz haben Wissenschaftler mehrerer deutscher Luftfahrt-Lehrstühle sowie des DLR erstmals umfassende Möglichkeiten, das Phänomen des Strömungsabrisses bei hohen Geschwindigkeiten und realitätsnahen Flugbedingungen im Transschall-Windkanal zu analysieren.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert eine neue Forschungsgruppe, die sich unter der wissenschaftlichen Leitung der Universität Stuttgart mit der Untersuchung offener Fragen der komplexen Aerodynamik von Luftfahrzeugen bei schallnahen Geschwindigkeiten widmen wird. Die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) unterstützt die Forschungsgruppe “Erforschung instationärer Phänomene und Wechselwirkungen beim High-Speed Stall”, indem sie ihr ergänzend den Zugang zum Europäischen Transschall-Windkanal (ETW) finanziert.

Großraumflugzeug der Zukunft soll profitieren

Airbus stellt als Industriepartner ein Modell als Versuchsträger für die Windkanalexperimente zur Verfügung. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat die Kooperation vermittelt, unterstützt den Fortgang in seiner Brückenfunktion zwischen Wissenschaft und technologischer Anwendung und stellt die weltweit einmaligen optischen Messtechniken bereit, um die experimentellen Untersuchungen im ETW durchführen zu können.

Das wissenschaftlich anspruchsvolle Projekt mit einer Gesamtförderung von zunächst rund 6,7 Millionen Euro für drei Jahre soll dazu beitragen, zukünftige Großraumflugzeuge effizienter zu designen und damit leichter und umweltverträglicher zu entwerfen.

“Mit seinen Kompetenzen und dem Betrieb von Großforschungsanlagen befindet sich das DLR an einer zentralen Schnittstelle der nationalen Luftfahrtforschung”, betont Prof. Rolf Henke, Mitglied des DLR-Vorstandes für Luftfahrtforschung, “Über das Programm Luftfahrtforschung des DLR sind wir in der Lage, die Arbeiten unterschiedlicher Interessengruppen zu vereinen, insbesondere zwischen der Grundlagenforschung und dem späteren Nutzer der wissenschaftlichen Erkenntnisse, der Industrie. Denn nur wenn es gelingt alle Beteiligten an einen Tisch zu bringen, können wir erfolgreich an einer klimaverträglichen Luftfahrt arbeiten.”

High-Speed Stall verursacht Vibrationen

Ein Fokus der Forschungsgruppe ist der sogenannte High-Speed Stall, ein Grenzbereich bei hohen schallnahen Fluggeschwindigkeiten, in dem die Strömung abreißt und der Flügel beginnt, stark zu vibrieren. Nähert sich ein Flugzeug der Schallgrenze bilden sich auf dem Flügel und an den Triebwerken Überschallgebiete mit Verdichtungsstößen, die die aerodynamischen Eigenschaften stark verändern und den erfliegbaren Geschwindigkeitsbereich begrenzen. Hinter dem Verdichtungsstoß kann es leicht zum Strömungsabriss kommen.

Die Forscher wollen den Strömungsabriss und seine Folgen im Detail mit Strömungsfeldmessungen und Computersimulationen untersuchen. Die physikalischen Phänomene besser zu verstehen, ist eine wesentliche Grundvoraussetzung, um leichtere und sparsamere Flügel entwickeln zu können.

Um solche wissenschaftlich höchst anspruchsvollen und anwendungsrelevanten Fragestellungen beantworten zu können, sind realitätsnahe Windkanalversuche unverzichtbar. Der Europäische Transschall-Windkanal bietet als eine von weltweit zwei Anlagen die Möglichkeit, die physikalischen Mechanismen, wie sie an einem großen Flugzeug im tatsächlichen Flug auftreten, unter kontrollierten Bedingungen am Boden zu erforschen.

Numerische Simulation und experimentelle Erforschung im Windkanal gehen Hand in Hand für die Gewinnung neuer Erkenntnisse über die Aerodynamik nahe der Schallgeschwindigkeit.