Atmosphärische Turbulenzen erschüttern selbst große und schwere Flugzeuge in ihrer Flugbahn. Eine neuartige Sensortechnologie soll diese Erschütterungen jetzt um achtzig Prozent reduzieren.
Turbulente Flüge beunruhigen nicht nur Flugpassagiere. Prognostizierte Turbulenzen müssen umflogen werden und das belastet Treibstoffkosten und Zeitplan. András Gálffy fand im Rahmen seiner Dissertation an der TU Wien eine Lösung für das Problem. Er entwickelte Sensoren, die Turbulenzen erkennen und auf Basis einer raffinierten Regelungstechnik die Gegensteuerung ermöglichen.
Achtzigprozentige Stabilisierung bestätigt
In Simulationsrechnungen und in unbemannten Testflügen konnte nachgewiesen werden, dass der stabilisierende Effekt auf die Flugbahn achtzig Prozent beträgt. Die Methode wurde bereits zum Patent angemeldet. Jetzt soll durch Tests an bemannten Flugzeugen bestätigt werden, dass sich die Ergebnisse auf die kommerzielle Luftfahrt übertragen lassen.
In bestehende Flugzeugtypen integrierbar
Die Technologie kann in bestehende Flugzeugtypen integriert werden und soll das Durchfliegen von Turbulenzen ohne schwere Erschütterungen ermöglichen. Die Innovation wird auf der Luftfahrtmesse Aérosalon SIAE in Halle 4 auf Stand G17 vorgestellt, die vom 17. bis 23. Juni 2019 in Paris abgehalten wird.
Sensoren messen den Luftdruck
Die Sensoren werden in Fühlern vor dem Flugzeug eingebaut. Diese messen den Luftdruck und registrieren so die Turbulenzen, erklärt Gálffy, inzwischen Assistent am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik an der TU Wien. „Sekundenbruchteile später, wenn die Flügel in diese Luftregion gelangen, kann man mit Hilfe einer intelligenten Ansteuerung der Aktorik, die bei uns am Institut entwickelt worden ist, bereits gegensteuern“, ergänzt Professor Georg Schitter der die Forschungsgruppe für intelligente mechatronische Systeme leitet. Die Aktuatoren lösen kleine, präzise Schwingungsbewegungen aus, die der Turbulenz entgegenwirken. Dadurch wird der Auftrieb variiert und die Schwingungen des Flugzeugs deutlich gedämpft.
Gegengleiche Effekte, die sich aufheben
Gálffy vergleicht den Effekt mit dem noise cancelling von geräuschunterdrückenden Kopfhörern:
„Die Störungen, die von außen auf das System einwirken, werden genau gegengleich erzeugt und heben sich insgesamt auf. Das Ergebnis: ein turbulenzfreier Flug.”
Von großem Interesse ist die Technik auch für senkrecht startende Fluggeräte, bei denen der vertikale Schub und die neue Antriebsregelung in dieselbe Richtung wirken. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Dämpfung.
Optimierung durch flexible Flügelgeometrie
Gálffy sieht noch weiteres Abfederungsspotenzial in der Konstruktion der Flügel. Das bedingt allerdings noch mehr steuernde Eingriffsmöglichkeiten in die Aerodynamik der Flügel. Möglich wird dies erst bei neuen Flugzeugtypen, bei denen die Technologie schon in der Konstruktion berücksichtigt wird. „Wenn man auf kurzer Zeitskala nicht nur die Flügelklappen ansprechen, sondern sogar die Geometrie des Flügels verändern könnte wäre unsere Methode noch einmal deutlich wirkungsvoller“, erklärt Gálffy. Er inspiriert sich an der Flügelkonstruktion von Vögeln und strebt sein Ziel mit adaptiven Flügeln an, die er Morphing Wings nennt.
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