Flatteranalyse in Echtzeit

  • 15. October 2018

Flugzeuge lassen sich künftig effizienter und zeit­sparen­der testen.

Der Flugzeughersteller Embraer, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raum­fahrt, das Nieder­län­dische Luft­fahrt­zentrum und die Deutsch-Nieder­län­dischen Wind­kanäle haben erfolg­reich eine neu­artige Methode zur Prüfung der Sicher­heit künftiger Flug­zeuge getestet. Dazu analy­sierten sie erst­mals in einem Wind­kanal-Experi­ment das Flatter-Ver­halten eines Flügels in Echt­zeit.

Flügelmodell

Abb.: Flügelmodell im Windkanal. (Bild: DNW-HST)

Flugzeuge sind Leichtbaukonstruktionen, die nicht starr, sondern elas­tisch sind. Künftige Flug­zeuge werden noch leichter und flexibler sein. Dadurch spielt das Auf­treten von Schwin­gungen eine zuneh­mende Rolle. Das komplexe Zusammen­spiel von elas­tischen Schwin­gungen eines Flug­zeugs hat Ein­fluss auf dessen Flug­eigen­schaften. Das bekann­teste aero­elas­tische Phäno­men ist das Flattern, bei dem die Schwin­gungen einer Flug­zeug­struktur so mit der um­strö­menden Luft in Wechsel­wirkung treten, dass sie sich immer weiter auf­schaukeln können. Damit das nicht passiert, müssen Flatter-Analysen durch­ge­führt werden, um kritische Flug­zu­stände zu ve­rmeiden.

Für den Versuch wurde ein sehr elastisches Flügel-Modell aus Fiber­glas gebaut, das sich stark durch­biegen lässt. Auf dieses wurden zahl­reiche Druck­sensoren und Dehnungs­mess­streifen ange­bracht, die Ver­for­mungen erfassen. Der Flügel wurde dann bei Geschwin­dig­keiten von Mach 0,7 und 0,9 um­strömt, wobei der Anstell­winkel ver­ändert wurde. Dabei beob­ach­teten die Forscher die Schwin­gungen des Modells und analy­sierten deren Frequenzen und Dämpfungs­maße. Die dabei anfal­lenden großen Daten­mengen konnten in der Ver­gangen­heit erst mit zeit­licher Ver­zöge­rung aus­ge­wertet werden. Eine vom DLR ent­wickelte effi­ziente Program­mie­rung erlaubte nun erst­mals, in Echt­zeit die Daten aus­zu­werten.

Dadurch ließ sich bereits während des Versuchs genau erkennen, welche Sicher­heits­abstände bis zum Flügel­flattern und damit zu einer möglichen Zer­störung des Modells bestehen. „Es handelt sich um eine neue Methode, um Flug­zeug-Flattern zu analy­sieren“, sagte Yves Govers vom DLR-Institut für Aero­elastik. Damit können auch künf­tige Flug­zeuge effi­zienter und zeit­spa­ren­der getestet werden.

DLR / RK

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