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Structural designs and tests for integration of active flow control concepts on a trailing edge high lift device

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Luftströmungen an den richtigen Stellen

Obwohl der für den Flug erforderliche Schub durch das Strahltriebwerk erzeugt wird, entsteht der Auftrieb durch die Tragflächen, und zwar durch ihre aerodynamische Form. Aktive Strömungskontrolle (Active flow control, AFC) stellt die nächste Entwicklungsstufe der Flügel dar.

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Die Luft- und Raumfahrtgemeinschaft arbeitet intensiv an zahlreichen fortschrittlichen Tragflächenkonzepten, welche den Auftrieb verstärken und Turbulenzen vermindern sollen, darunter Auftriebshilfen und Konstruktionen für natürliche laminare Strömung. AFC bezieht sich auf Technologien, welche die Strömung der Luft über die Flügeloberfläche intelligent verändern, um die Aerodynamik zu verbessern. Das Clean Sky-Konsortium leitet das ambitionierteste Forschungsprogramm, das es in Europa im Bereich der Luft- und Raumfahrt jemals gab. Ein wichtiger Aspekt des Programms sind intelligente Auftriebshilfen, die in die Flügelklappen an der Flügelhinterkante integriert sind. Das EU-finanzierte Projekt AFCIN wurde ins Leben gerufen, um AFC und in diesen Zusammenhang vor allem gepulste Luftströme zu untersuchen. Die Wissenschaftler erarbeiteten mithilfe des AFC-Aktors, der in einem parallel durchgeführten Projekt (FloCoSys) entwickelt wurde, eine Lösung. Die AFC-Eigenschaften ermöglichten eine deutliche Verkleinerung der äußeren Flügelklappen im Vergleich zur Ausgangskonstruktion. So wurde auch die Dicke und folglich der innerhalb des Flügels verfügbare Platz für Geräte und Installationen gesenkt, was eine größere technische Herausforderung bedeutete. Letztendlich wendeten die AFCIN-Mitglieder ein Konzept mit mehreren Flügelholmen (Multispar-Konzept) für Flügelklappen an, bei denen der Holm das größte strukturelle Bauteil darstellt. Diese ungewöhnliche und innovative Multispar-Konstruktion für die Klappen war nicht nur einfacher herzustellen, sondern schuf auch mehr Platz. Dieser Raum wurde für die Installation der Luftkammer genutzt, welche die Druckluft für das AFC-Gerät enthält. Materialproben, darunter kohlenstofffaservestärkte Verbundwerkstoffplatten, wurden hergestellt und unter verschiedenen Belastungsbedingungen statischen Tests und Materialermüdungsversuchen unterzogen. Selbst unter sehr hoher Belastung erzielte die Plattenkonstruktion noch hervorragende Ergebnisse. Ein Demonstrationssystem mit einer Spannweite von 2 m wurde ebenso geprüft, und ein vollmaßstäbliches Demonstrationssystem eines Abschnitts einer Flügelklappe wurde dem Clean Sky-Projektleiter zu Versuchszwecken übergeben. Die AFCIN-Wissenschaftler integrierten AFC in die äußere Klappe an der Flügelhinterkante, um die aerodynamischen Eigenschaften und den Auftrieb zu verbessern. Das System ermöglichte eine wesentliche Verkleinerung der Flügelklappe. Ein stärkerer Auftrieb bei weniger Gewicht könnte sich potentiell in einem geringeren Treibstoffverbrauch und weniger Emissionen niederschlagen. Wenn die Technologie für steilere Start- und Landemanöver eingesetzt wird, könnte sie in naher Zukunft auch zu einer reduzierten Lärmbelastung durch diese Vorgänge und einer noch umweltfreundlicheren Luftfahrt führen. Durch das AFCIN-Projekt wurde diese Technologie der vollen Integration und praktischen Erprobung einen Schritt näher gebracht.

Schlüsselbegriffe

Aktive Strömungskontrolle, Auftriebshilfen, Hinterkante, Flügelklappe, Multispar-Konstruktion

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