Weniger Wirbel an Flughäfen

  • 03. May 2013

DLR testet neues Verfahren zur Entschärfung von Wirbelschleppen.

Wirbelschleppen zwingen Piloten kleinerer und mittlerer Flugzeuge bisher einen Sicherheitsabstand von rund zehn Kilometern zu vorausfliegenden schwereren Maschinen einzuhalten. Bald könnten bei gutem Wetter bis zu doppelt so viele Verkehrsflugzeuge eine Landebahn anfliegen, ohne sich gegenseitig zu gefährden. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben erstmals ein Verfahren unter realen Flugbedingungen erprobt, das die potentiell gefährlichen Wirbelschleppen beim Anflug auf die Landebahn deutlich schneller zerfallen lässt. Dafür verwendeten sie eine patentierte Konfiguration parallel angeordneter Bodenplatten sowie ein lasergestütztes Wirbelschleppenmesssystem.

In 22 Metern Höhe überfliegt HALO die Versuchsanordnung. Der Rauch macht die zwei absinkenden Wirbelschleppen sichtbar

Abb.: In 22 Metern Höhe überfliegt HALO die Versuchsanordnung. Der Rauch macht die zwei absinkenden Wirbelschleppen sichtbar. (Bild: DLR; CC-BY 3.0)

Wirbelschleppen sind langlebige Luftwirbel, die jedes Flugzeug hinter sich erzeugt. Sie rollen sich an den Flügelspitzen auf, wo der Unterdruck der Tragflächenoberseite und der Überdruck der Tragflächenunterseite zusammentreffen. Die mächtigen Wirbel können dicht nachfolgende Maschinen empfindlich auf ihrer Flugbahn stören und auch am Boden an Gebäuden zu Schäden führen. Kleinere Maschinen sind besonders gegenüber Wirbelschleppen großer Jumbojets sensibel. Sie müssen einen erweiterten Sicherheitsabstand einhalten.

Während die Wirbel in höheren Luftschichten meist schnell absinken, verdriften und sich schließlich auflösen, verharren sie gelegentlich einige Zeit kurz vor der Landebahn, knapp über dem Boden. Genau dort setzen nachfolgende Flugzeuge zur Landung an. Projektleiter Frank Holzäpfel vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre erklärt den Vorteil des neuen Verfahrens: „Um die zirkulierenden Wirbel vor einer Landebahn schneller abzuschwächen, haben wir ein System parallel hintereinander angeordneter Platten, die Plate Line, entwickelt. An den etwa vier Meter langen Platten bilden sich Sekundärwirbel, die die eigentlichen Wirbelschleppen deutlich schneller zerfallen lassen.“

Das DLR-Forschungsflugzeug HALO überflog die Plattenreihen während der Messkampagne in nur 22 Meter Höhe. Die Forscher konnten durch Rauch über dem Versuchsfeld veranschaulichen, wie die eigentlich unsichtbaren Wirbelschleppen sich schneller über den Platten abschwächen. Mit einem Lasermessgerät (Lidar) zeichneten sie das Verhalten der Wirbelschleppen detailliert für nachfolgende Auswertungen auf. „Auch bisher hat das bereits patentierte Verfahren ausgezeichnet im Labor und in der numerischen Simulation funktioniert“, freut sich Holzäpfel über die gelungene Demonstration.

Wirbelschleppensimulation für einen Airbus A340 im Endanflug kurz vor der Landebahn. Unter dem Flugzeug ist eine der Plattenreihen. Hier sind die Wirbelschleppen bei ihrer Entstehung noch vor dem Zerfall

Abb.: Wirbelschleppensimulation für einen Airbus A340 im Endanflug kurz vor der Landebahn. Unter dem Flugzeug ist eine der Plattenreihen. Hier sind die Wirbelschleppen bei ihrer Entstehung, noch vor dem Zerfall. (Bild: DLR; CC-BY 3.0)

Ein Wirbelschleppen-Warnsystem soll die Anwendung der neuen Bodenplatten zu einem Gesamtkonzept für mehr Wirbelschleppensicherheit vervollständigen. „Um dieser zusätzlichen Gefahr bei enger gestaffelten Anflügen zu begegnen, haben wir ein Wirbelschleppen-Vorhersage- und Beobachtungssystem entwickelt, das bereits erfolgreich an den Flughäfen in München und Frankfurt/Main erprobt wurde“, fügt Holzäpfel hinzu.

Nach der ersten Demonstration sollen die Plattenreihen zukünftig an Verkehrsflughäfen getestet werden. Die Größe der Platten muss dann entsprechend der stärkeren Wirbelschleppen schwerer Verkehrsmaschinen angepasst werden. Ziel ist es, ein von den Luftfahrtbehörden zugelassenes System zu entwickeln, das schrittweise an Flughäfen installiert wird.

DLR / OD

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