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Luftfahrt: Erstflug für superelastische Tragflächen

Zu leichte Tragflächen geraten schnell ins Flattern, was gefährlich werden kann. Deutsche Wissenschaftler verleihen dem Flugzeug neue Flügel.

Ein Bericht von Friedrich List veröffentlicht am
Vorbereitung für Testflug mit neuartigem Flügel: Vibrationen am Flügel können zum Absturz führen.
Vorbereitung für Testflug mit neuartigem Flügel: Vibrationen am Flügel können zum Absturz führen. (Bild: Fabian Vogl/TUM)

Flugzeugflügel leisten Schwerarbeit, auch wenn es oft nicht so aussieht. Sie tragen das Flugzeug und absorbieren starke Belastungen, wenn das Flugzeug startet, landet oder in Turbulenzen gerät. Wie stark diese Kräfte sein können, sieht man, wenn sich die Flächenspitzen bei einer harten Landung bewegen. Gleichzeitig werden Tragflächen aber möglichst leicht gebaut, um Gewicht und Sprit zu sparen.

Inhalt:
  1. Luftfahrt: Erstflug für superelastische Tragflächen
  2. Was die neuen Tragflächen leisten
  3. Erfolgreiche Versuchsreihen

Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie der Technischen Universität München (TUM) haben im Rahmen des Projekts Flexop neuartige Flügel erprobt. Die Abkürzung Flexop steht für Flutter Free Flight Envelope Expansion for Economical Performance Improvement oder: Ausweitung des flatterfreien Flugprofils zur wirtschaftlichen Leistungsverbesserung.

Die neuen Flügel sind leichter gebaut als heutige Tragflächen, aber trotzdem sehr stabil. Der Startschuss für Flexop fiel 2015. Koordiniert wurde das Projekt vom Computer and Automation Research Institute. Beteiligt waren neben weiteren Forschungseinrichtungen auch Industriepartner wie Airbus. Im November 2019 startete von Oberpfaffenhofen aus ein unbemanntes Flugzeug, um verschiedene Flügelentwürfe zu testen.

Warum gängige Entwürfe an Grenzen stoßen

Die Idee hinter Flexop ist folgende: Neue, schlankere Tragflächen mit größerer Spannweite und geringerem Gewicht hätten einen geringeren Luftwiderstand. Mit ihnen ausgestattete Flugzeuge wären energieeffizienter, weil sie mit weniger Treibstoff auskämen und so weniger Kosten und Emissionen verursachen würden.

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Aber beim Bau solcher Tragflächen stoßen die Flugzeugentwickler an physikalische Grenzen. Jeder Flügel kann ins Flattern geraten. Dann schaukeln sich Spannungen und Vibrationen im Flügel so auf, dass der Flügel beschädigt wird. Außerdem führen auch tolerierbare Belastungen durch den Luftwiderstand und Böen zur Materialermüdung. Jenseits der sogenannten Flattergrenze treten durch die Vibrationen so starke Schäden auf, dass ein Flugzeug abstürzen kann. Daher werden Flügel so konstruiert, dass sie mit einer großen Sicherheitsmarge innerhalb dieser Flattergrenze bleiben.

Kürzere und dickere Flügel sind steifer und flattern deswegen nicht so leicht. Würde man dünnere Flügel mit größerer Spannweite genauso stabil bauen, wären sie wesentlich schwerer. Das wiederum würde die Vorteile aufheben. "Die traditionelle Auslegung hat Grenzen bei der Streckung", sagte DLR-Wissenschaftler Gertjan Looye Golem.de. Looye arbeitet am Münchener DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik und leitete den DLR-Anteil an Flexop.

Die Streckung ist ein Zahlenwert, der den Schlankheitswert einer Tragfläche ausdrückt. Er wird errechnet, indem man die Spannweite eines Flugzeugs durch die mittlere Tragflächentiefe teilt. Hängegleiter haben eine Streckung von 3 bis 4. Das typische Sportflugzeug, etwa eine Cessna 172, hat eine Streckung von 7,44, größere Verkehrsjets liegen bei 10 oder etwas darüber. Looye und seine Kollegen arbeiteten dagegen an Flügeln mit einer Streckung von 13 bis 14. Mit höherer Streckung wächst aber auch die Flatterneigung.

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Was die neuen Tragflächen leisten 
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MrAndersenson 14. Mai 2020

Heut früh angekuggt. +1 ;)

ap (Golem.de) 14. Mai 2020

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MrAndersenson 14. Mai 2020

Ghost in the Shell https://youtu.be/ARTLckN9e7I?t=12

MrAndersenson 14. Mai 2020

Da ist bestimmt noch was rauszuholen wenn Federn angeklebt ;)


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