Die Laborhalle des Duisburger Entwicklungszentrums für Schiffstechnik und Transportsysteme hat nach außen nichts mit Luftfahrt zu tun. Hier testen Wissenschaftler Schiffe, keine Flugzeuge! Wer sich den 60 Meter langen Strömungskanal genauer anschaut, wird aber eines Besseren belehrt: Das Modell eines Langstreckenflugzeuges wartet einen Meter unter Wasser auf seinen Einsatz! Schleppwagen sollen es durch den Kanal ziehen, wobei an den Tragflächen Wirbel entstehen – Wirbel, wie sie Flugzeuge bei jedem Start und jeder Landung produzieren.
"Wirbelschleppen sind rotierende Luftströmungen, also drehende Luftströmungen, die an den Flügelspitzen von Tragflächen entstehen und an Klappenrändern entstehen. Über den Auftrieb, den ein Flugzeug erzeugt, findet eine Strömung statt von der Unterseite des Flügels zur Oberseite, und da rollt sich ein Wirbel richtiggehend auf und dann haben sie eine rotierende Luftmasse, ein Wirbel."
Dieser Wirbel – fährt Professor Rolf Henke, Leiter des Instituts für Luft- und Raumfahrt der RWTH Aachen, fort – sind eine Gefahr für nachfolgende Flugzeuge. Im November 2001 stürzte in New York eine Linienmaschine ab, weil sie in die Schleppe einer vorher gestarteten Maschine geraten war. Das Entstehen solcher Wirbel untersuchen die Aachener Forscher am Modell im Strömungskanal. Dafür werden dem Wasser zunächst winzige Partikel zugesetzt. Robert Schöll, RWTH Aachen:
"Die Partikel, die wir hier einsetzen, sind kleine Nylonkügelchen, zirka 50 Mikrometer Durchmesser, und der Vorteil von Nylon, ist, dass die Dichte sehr dicht an der von Wasser liegt, dass sich diese Partikel also ähnlich wie das Wasser verhalten, die schweben im Wasser und wenn das Wasser strömt, gehen sie einfach mit."
Langsam zieht jetzt ein Schleppwagen das Flugzeugmodell durch den Kanal. Viel ist nicht zu sehen, sieht man mal von regelmäßigen Laserblitzen ab, die die Bewegung der Partikel sichtbar machen. Kameras registrieren die Bewegungsabläufe, Computer rechnen die Daten in Bilder um. Schöll:
"Und was wir ganz am Ende der Auswertung herausbekommen, ist ein schönes Bild von Geschwindigkeitsvektoren, auf denen man genau sehen kann, wie der Nachlauf des Flugzeuges aussieht,"
…und wie man die Wirbel möglichst schnell unschädlich machen kann. Zwei Varianten haben sich im Rahmen eines Europäischen Forschungsprojektes herauskristallisiert. Die eine zielt darauf ab, so Rolf Henke,
"dass wir oszillierende, also schnellbewegliche Steuerflächen, am Flugzeugflügel ausschlagen und damit eine Störung bereits beim Entstehen in den Wirbel hineintragen, das sein Zerfall beschleunigt, dass er schneller kaputt geht und diese Drehung schneller zum Stehen kommt."
Kleine Steuerflächen an den Flügel zerhacken die Wirbel schon während ihres Aufbaus. Eine zweite Variante besteht darin, so Rolf Henke,
"das man die sogenannte Auftriebsverteilung über den Flügeln verändert, das man die Landeklappen des Flugzeuges nicht mehr gleichmäßig ausschlagen lässt, sondern einige mehr und andere weniger, dadurch entstehen Sprünge in der Auftriebsverteilung, in der Kraft, die das Flugzeug ausübt, und diese Sprünge führen auch zu einem schnelleren Verfall, auch das ist in dem Forschungsvorhaben bereits nachgewiesen worden."
Beide Varianten überprüfen die Forscher zurzeit auf ihre Einsatztauglichkeit – praxisreif ist keine. Noch gelten die internationalen Regeln, nach denen abhängig vom Gewicht der Sicherheitsabstand zwischen zwei Starts beziehungsweise Landungen vier bis sechs nautische Meilen betragen muss. Ließe sich dieser Abstand um eine halbe Meile reduzieren, sagt Rolf Henke, wäre viel gewonnen. Bis dahin muss aber noch manches Flugzeug auf Tauchstation gehen.
"Wirbelschleppen sind rotierende Luftströmungen, also drehende Luftströmungen, die an den Flügelspitzen von Tragflächen entstehen und an Klappenrändern entstehen. Über den Auftrieb, den ein Flugzeug erzeugt, findet eine Strömung statt von der Unterseite des Flügels zur Oberseite, und da rollt sich ein Wirbel richtiggehend auf und dann haben sie eine rotierende Luftmasse, ein Wirbel."
Dieser Wirbel – fährt Professor Rolf Henke, Leiter des Instituts für Luft- und Raumfahrt der RWTH Aachen, fort – sind eine Gefahr für nachfolgende Flugzeuge. Im November 2001 stürzte in New York eine Linienmaschine ab, weil sie in die Schleppe einer vorher gestarteten Maschine geraten war. Das Entstehen solcher Wirbel untersuchen die Aachener Forscher am Modell im Strömungskanal. Dafür werden dem Wasser zunächst winzige Partikel zugesetzt. Robert Schöll, RWTH Aachen:
"Die Partikel, die wir hier einsetzen, sind kleine Nylonkügelchen, zirka 50 Mikrometer Durchmesser, und der Vorteil von Nylon, ist, dass die Dichte sehr dicht an der von Wasser liegt, dass sich diese Partikel also ähnlich wie das Wasser verhalten, die schweben im Wasser und wenn das Wasser strömt, gehen sie einfach mit."
Langsam zieht jetzt ein Schleppwagen das Flugzeugmodell durch den Kanal. Viel ist nicht zu sehen, sieht man mal von regelmäßigen Laserblitzen ab, die die Bewegung der Partikel sichtbar machen. Kameras registrieren die Bewegungsabläufe, Computer rechnen die Daten in Bilder um. Schöll:
"Und was wir ganz am Ende der Auswertung herausbekommen, ist ein schönes Bild von Geschwindigkeitsvektoren, auf denen man genau sehen kann, wie der Nachlauf des Flugzeuges aussieht,"
…und wie man die Wirbel möglichst schnell unschädlich machen kann. Zwei Varianten haben sich im Rahmen eines Europäischen Forschungsprojektes herauskristallisiert. Die eine zielt darauf ab, so Rolf Henke,
"dass wir oszillierende, also schnellbewegliche Steuerflächen, am Flugzeugflügel ausschlagen und damit eine Störung bereits beim Entstehen in den Wirbel hineintragen, das sein Zerfall beschleunigt, dass er schneller kaputt geht und diese Drehung schneller zum Stehen kommt."
Kleine Steuerflächen an den Flügel zerhacken die Wirbel schon während ihres Aufbaus. Eine zweite Variante besteht darin, so Rolf Henke,
"das man die sogenannte Auftriebsverteilung über den Flügeln verändert, das man die Landeklappen des Flugzeuges nicht mehr gleichmäßig ausschlagen lässt, sondern einige mehr und andere weniger, dadurch entstehen Sprünge in der Auftriebsverteilung, in der Kraft, die das Flugzeug ausübt, und diese Sprünge führen auch zu einem schnelleren Verfall, auch das ist in dem Forschungsvorhaben bereits nachgewiesen worden."
Beide Varianten überprüfen die Forscher zurzeit auf ihre Einsatztauglichkeit – praxisreif ist keine. Noch gelten die internationalen Regeln, nach denen abhängig vom Gewicht der Sicherheitsabstand zwischen zwei Starts beziehungsweise Landungen vier bis sechs nautische Meilen betragen muss. Ließe sich dieser Abstand um eine halbe Meile reduzieren, sagt Rolf Henke, wäre viel gewonnen. Bis dahin muss aber noch manches Flugzeug auf Tauchstation gehen.