Aktuatortechnologie zur genauen Steuerung von Luftströmungen an Flugzeugen
Strömungstrennung bezieht sich auf eine Art von Ablösung der Luftströmung vom Flugzeug und sie führt zu Wirbeln und Verwirbelungen, die den Luftwiderstand erhöhen. Das von der EU finanzierte Projekt VIPER (Valve high performances for flow control separation in aircraft) verfolgte das Ziel, Strömungsablösung durch aktive elektrische Systeme zu minimieren und zu verzögern. Auf diese Weise werden aerodynamisch günstigere Bedingungen über den Tragflächen beibehalten und im stärkeren Maße elektrisch betriebene Luftfahrzeuge mit weniger hydraulischen und pneumatischen Systemen unterstützt. Die Projektpartner konnten ein innovatives gepulstes Strahlventil (Pulsed Jet) auf Basis verstärkter piezoelektrischer Aktoren (Amplified Piezoelectric Actuators, APA) konzipieren, anfertigen und mit Erfolg erproben. Hauptvorteile des Einsatzes der APA-Technologie bei einem Ventil dieser Art sind die Steuerbarkeit und die schnelle Ansprechzeit piezotechnisch funktionierender Ventile. Es kann einen gepulsten Schallstrahl mit bis zu 500 Hz bei einem Massenstrom von etwa 34 g/s durch einen Schlitz von 1 mm Breite und 80 mm Länge abgeben. Das Team arbeitete außerdem an der Auslegung eines effizienten Schaltleistungsverstärkers. Zusammen verschaffen der Verstärker und der neue Aktor dem Schallstrahl einen Energieverbrauch von rund 40 W als Resultat von Energierückgewinnung. Das VIPER-Team erzielte optimale Ergebnisse in der Strahlleistungsfähigkeit in Bezug auf Ausstoßgeschwindigkeit und Massenstrom des Ventils, die über dem heutigen Stand der Technik liegen: Luftaustrittsgeschwindigkeit (340 m/s), linearer Luftmassenstrom (425 g/s/m) und Schaltfrequenzbereich (0-500 Hz). Obgleich bislang viele gepulste Strahlaktoren entworfen und erprobt wurden, verkörpert der Massenstrom den bei einem Aktor dieses Volumens erreichten höchsten Wert. Die aktive Stromsteuereinrichtung von VIPER wird Lärm und Emissionen durch Flugreisen deutlich verringern und dem Druck der Öffentlichkeit begegnen.
Schlüsselbegriffe
Luftfahrzeug, Flugzeuge, VIPER, Ventil, Strömungsablösungskontrolle, verstärkte piezoelektrische Aktoren
