Erstflug für aeroelastische Tragflächen auf dem Sonderflughafen Oberpfaffenhofen

Supereffiziente Flügel heben ab

Flügel mit größerer Spannweite und geringerem Gewicht erzeugen weniger Widerstand – und sind daher energieeffizienter. Durch den effizienteren Auftrieb könnte Kerosin eingespart und so die Emissionen und Kosten verringert werden. Der limitierende Faktor für den Bau solcher Flügel ist das aerodynamische Phänomen des Flatterns. Durch den Luftwiderstand sowie Windböen schaukeln sich die Schwingungen der Tragflächen immer weiter auf – wie bei einer Fahne im Wind.

„Das Flattern führt zur Materialermüdung. Das kann sogar so weit gehen, dass der Flügel abreißt“, erklärt Sebastian Köberle, wissenschaftlicher Mitarbeiter am TUM-Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme. Zwar beginnt jeder Flügel bei einer bestimmten Geschwindigkeit zu flattern – aber kürzere und dickere Flügel besitzen strukturell eine höhere Steifigkeit und damit Stabilität. Flügel mit mehr Spannweite genauso stabil und steif zu bauen, würde also gleichzeitig mehr Gewicht bedeuten.

Im europäischen Projekt FLEXOP (Flutter Free FLight Envelope eXpansion for ecOnomical Performance improvement) arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus sechs Ländern daher an neuen Technologien, die das Flattern unter Kontrolle bringen und es gleichzeitig erlauben, die Flügel leichter zu bauen.

Flugversuche zeigen Verhalten der neuartigen Tragflächen

Die Forscher der TUM sind für die Konzeption und Durchführung der Flugversuche verantwortlich. Diese sollen das tatsächliche Verhalten der zwei neuartigen Tragflächen zeigen, die im Projekt entwickelt wurden: Die aeroelatischen Flügel und die Flatterflügel.

Dazu bauten die Wissenschaftler der TUM zunächst den dreieinhalb Meter langen und sieben Meter breiten Flugdemonstrator und integrierten die Systeme der europäischen Partner. Mithilfe der extra gefertigten Referenzflügel arbeiteten die Forscher dann daran, den Flugdemonstrator automatisiert vorgegebene Flugversuchsmuster fliegen zu lassen. Sie erarbeiteten die optimalen Einstellungen und entwickelten Handbücher sowie Checklisten für die Flugversuche. „Der Flugdemonstrator soll mit den neuartigen Flügeln so schnell fliegen, dass diese theoretisch flattern müssten“, erklärt Köberle. „Bei solch hohen Geschwindigkeiten müssen wir sicher sein, dass nichts schiefgeht.“

Das Flugzeug muss von Boden aus zu jedem Zeitpunkt zu sehen sein, sodass die Forscher im Notfall eingreifen können. Das bedeutet, dass die Flugmanöver in einem engen Radius von einem Kilometer geflogen werden.