Neue Instrumente, um Flugzeuge bei einer Notwasserung über Wasser zu halten
Der aktuelle Trend in Richtung umweltfreundlicherer, sicherer und kostengünstigerer Flugzeuge verlangt Herstellern ab, mit innovativen Entwurfslösungen und neuen Strukturkonzepte aufzuwarten. Empirische Methoden, die traditionell zum Entwurf von Flugzeugen bezüglich Notfallsituationen Anwendung finden, werden obsolet. Neue Methodologien und nummerische Prognoseinstrumente sind notwendig, um Sicherheits- und ökonomische Risiken abzuschwächen. Im Rahmen des Projekts SMAES (Smart aircraft in emergency situations), entwickelten Forscher fortschrittliche Simulationsinstrumente für die Verwendung in verschiedenen Phasen der Entwurfs- und Zertifizierungsprozesse. Durch die Optimierung der Reaktion bei Notwasserungen sollen diese neuen Instrumente Entwurfs- und Prüfkosten senken und Innovationen zur Herstellung sicherer, leichterer und weniger teurer Strukturen steigern. Der Notwasserungsprozess lässt sich in vier Phasen unterteilen: Annäherung, Aufprall, Landung und Schwimmen. Bei der Notwasserung entstehen für die Struktur hohe hydrodynamische Belastungen. Aufgrund der hohen Vorwärtsgeschwindigkeit wirken sich Effekte wie Hohlraumbildung und Luftzirkulation auf die hydrodynamische Belastung aus. Zu den Projekterrungenschaften zählte die Entwicklung verbesserter analytischer und nummerischer Modelle für die Vorhersage von Flüssigkeitsbelastungen und lokaler Drücke, die sich bei einer Notwasserung auf das Flugzeug auswirken. Forscher stellten komplexe Flüssigkeitsmodelle her, die wichtige physikalische Phänomene wie Luftfederung, Luftzirkulation, Hohlraumbildung und Saugkräfte darstellen. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit war auf die erfolgreiche Entwicklung zuverlässiger Modelle für die Vorhersage des strukturellen Flugzeugverhaltens und dessen Auseinanderbrechens bei dynamischen Flüssigkeitsbelastungen fokussiert. Die verformbaren Strukturmodelle wurden daraufhin mit den verbesserten Flüssigkeitsmodellen gekoppelt. Das Ergebnis dieses Unterfangens waren validierte Methodologien für leistungsstarke Fluidstrukturen in Verbindung mit Notwasserungssimulationen für Flugzeuge. Das SMAES-Team richtete eine neue experimentelle Anlage für Hochgeschwindigkeitsaufpralle ein, mit der die Zukunftsforschung und die Entwicklung von Reaktionen auf den Wasseraufprall unterstützt werden kann. Ein umfassender Satz an Testdaten wurde erstellt, der den Wasseraufprall bei hoher Geschwindigkeit und die Reaktion von Verbundwerkstoffstrukturen abdeckt. Abgesehen von der Aufbesserung der Sicherheit wird damit gerechnet, dass SMAES durch eine Palette neuartiger Instrumente für Flugzeugentwürfe einen Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit und Vorrangstellung der europäischen Luftfahrtindustrie leistet. Letztlich wird ein Verständnis der komplexen physikalischen Phänomene, die während der Notwasserung eines Flugzeugs auftreten, hilfreich für andere Struktur-Fluid-Anwendungsbereiche wie etwa die Wasserlandung eines Drehflüglers und die Hochgeschwindigkeitsplanung sein.
Schlüsselbegriffe
Flugzeug, Notwasserung, Simulationsinstrumente, Notfallsituationen, hydrodynamische Belastungen, Flüssigkeitsbelastung
