Technologie zur Strömungsbeeinflussung für Flugzeuge der nächsten Generation
Die Installation von Fans mit extrem hohem Nebenstromverhältnis wäre eine mögliche Lösung der Probleme in Bezug auf die Umwelt-, CO2- und Kerosinsteuer, wenn sie nicht im Widerspruch zur lokalen Integration mechanischer Hochauftriebsvorrichtungen an der Anströmkante der Tragflächen stehen würde. Die großen Gondeln – Gehäuse, in denen normalerweise Triebwerke oder andere zur Ausrüstung eines Flugzeugs gehörende Gegenstände untergebracht sind – von Triebwerken mit extrem hohem Nebenstromverhältnis müssen nah an der Tragfläche installiert werden, damit eine ausreichende Bodenfreiheit gewährleistet ist, ohne dabei das Fahrwerk eines Flugzeugs vergrößern zu müssen. Infolgedessen würde eine Lamelle (Hochauftriebsvorrichtung) beim Ausfahren jedoch mit der Gondel zusammenstoßen, was die Notwendigkeit einer Lamellenaussparung zur Folge hätte – dem Bruchteil der Tragflächenspannweite über dem Triebwerk, in dem keine Lamelle installiert ist. Dies lässt gewisse Bereiche der Tragfläche ohne eine Lamelle ungeschützt und macht sie bereits bei viel geringeren Anströmwinkeln als bei den übrigen Tragflächenabschnitten anfällig gegenüber einer Ablösung. Genau in diesen Bereichen kann eine aktive Strömungsbeeinflussung viel bewirken, da sie die Ablösung verzögert bis höhere Anstellwinkel erreicht werden und so das gesamte Hochauftriebssystem verbessert.
Hochmoderne Aktorsysteme zur aktiven Strömungsbeeinflussung in Sicht
Eine erfolgreiche Anwendung der aktiven Strömungsbeeinflussung setzt die Verfügbarkeit robuster und zuverlässiger Aktoren voraus. Das EU-finanzierte Projekt DECOROUS konzentrierte sich auf die Entwicklung solcher Aktoren, nämlich eines zweistufigen Fluidaktorsystems ohne bewegliche Teile für den Einsatz in Anwendungen zur aktiven Strömungsbeeinflussung an der Pylon-Flügel-Verbindung von Verkehrsflugzeugen. „Dies wird den Weg für Triebwerke mit extrem hohem Nebenstromverhältnis ebnen“, so Koordinator Dr. Matthias Bauer. „DECOROUS basiert auf in früheren Projekten erforschten Technologien und geht weit über deren Rahmen hinaus, indem es nicht nur reale Flug- und raue Umgebungsbedingungen, sondern auch weit mehr Disziplinen als nur die Aerodynamik berücksichtigt.“ Die Projektpartner haben einen Pulsed-Jet-Aktor im kleinen Maßstab entwickelt, hergestellt und validiert. Dieser wurde dann in ein Windkanalmodell im Maßstab 1:13,6 für Kryotests mit Strömungsbeeinflussung an der Pylon-Flügel-Verbindung integriert, um so die Effizienz des Versuchs im Hinblick auf die Strömungsbeeinflussung zu quantifizieren. Damit optimierten sie die Technologie unter Berücksichtigung von Aspekten wie Aeroakustik und Integration. Darüber hinaus entwickelte und validierte das Team auch einen Pulsed-Jet-Aktor mit realen Dimensionen zur Integration in ein Testflugzeug des Typs Airbus 320. „Die erfolgreiche Entwicklung dieses Aktors berücksichtigte nicht nur die aerodynamischen Anforderungen, sondern auch die gesamte Flugzeuginfrastruktur, die Lärmemissionen und die Überwachung des Systemzustands“, bemerkt Dr. Bauer.
Fortschritte beim Design und bei der Integration von Aktoren zur aktiven Strömungsbeeinflussung
Durch die Entwicklung eines sehr kleinen Aktors zur Strömungsbeeinflussung ohne bewegliche oder elektrische Komponenten konnten die Forschenden die Technologie zur aktiven Strömungsbeeinflussung unter kryogenen Bedingungen mit dem Maßstabsmodell testen. Sie führten eine Kosten-Nutzen-Analyse der aktiven Strömungsbeeinflussung für ein Verkehrsflugzeug durch und ermittelten potenzielle Stolpersteine. Das DECOROUS-Team befasste sich mit zuvor nicht ausreichend behandelten Aspekten der Technologie zur aktiven Strömungsbeeinflussung. Untersuchungen zur Aeroakustik ergaben signifikante Lärmquellen, die den Komfort der Fluggäste beeinträchtigen könnten. Aber nicht nur für dieses Problem schlugen die Teammitglieder Lösungen vor. Sie untersuchten auch die Integration der Aktoren zur aktiven Strömungsbeeinflussung in die gesamte Flugzeugumgebung und ermittelten notwendige Änderungen für den Einbau der erforderlichen Komponenten in ein Testflugzeug. Dr. Bauer ergänzt: „All diese Arbeiten brachten die Technologie zur aktiven Strömungsbeeinflussung der Marktreife näher.“ „Dank DECOROUS kann die europäische Luftfahrtindustrie die aktive Strömungsbeeinflussung nun als Instrument zur Entwicklung umweltfreundlicher und kosteneffizienter Verkehrsflugzeuge der nächsten Generation einsetzen und gleichzeitig das Wachstum des Sektors unterstützen“, so Dr. Bauer abschließend.
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