Bei Flugversuchen steuern Testpiloten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) den Forschungsflieger HALO gezielt in Luftwirbel. So soll ausgelotet werden, wie viele Messinstrumente HALO auf seine Missionen mitnehmen kann.
Im Projekt iLOADS (integrierte Lastanalyse im DLR) wird an der Betriebsgrenze des Forschungsflugzeugs HALO (High Altitude LOng Range Research Aircraft) geforscht. So wollen DLR-Wissenschaftler und Testpiloten herausfinden, wie hoch die Last-Kapazität für wissenschaftliche Instrumente ist.
HALO wird für seine Atmosphärenforschungs- und Erdbeobachtungsmissionen mit speziellen Messinstrumenten ausgerüstet. Sie werden an Bord, in Anbauten und an einem speziellen Außenlast-Träger installiert, dem sogenannten PMS-Carrier (Particle Measurement System). Denn damit das Flugzeug noch sicher fliegen kann, ist den Kapazitäten für Instrumentierung eine Grenze gesetzt. Herauszufinden, wo diese Grenze genau liegt und welche Rolle Flugmanöver und Böen für diese Belastungen spielen, ist ein Teil des Projekts iLOADS.
Die Wissenschaftler untersuchten zunächst, wie sich das Flugzeug unter verschiedenen Belastungen verhält. Wird das Flugzeug durch eine äußere Störung, beispielsweise eine Böe, in einem Frequenzbereich nahe der Eigenfrequenz angeregt, können hohe Belastungen der Struktur auftreten. Diese Eigenschaft muss beim Bau des Flugzeugs sowie der Ausstattung mit Instrumenten berücksichtigt werden.
Um das Eigenschwingungsverhalten von HALO am Boden und im Flug festzustellen, installierten die Forscher eine Messanlage mit über 67 Sensoren. Im Hangar in Oberpfaffenhofen wurde HALO zunächst unter Laborbedingungen untersucht. So konnten die Eigenschaften der Flugzeugstruktur bestimmt werden. Die gewonnenen Daten fließen nach Angaben des DLR in numerische Modelle und Simulationen ein, die das Verständnis des Flugverhaltens mit bestimmten wissenschaftlichen Instrumentierungen verbessern.
Schwingungen werden im Flug überwacht
Doch weil sich nicht alle Parameter durch Versuche am Boden bestimmen lassen, wurden auch Flugversuche durchgeführt. "Das Schwingungsverhalten von HALO verändert sich im Flug durch die Anströmung der Luft in Abhängigkeit von Flughöhe und Geschwindigkeit", erklärt Dr. Yves Govers, Gruppenleiter am DLR-Institut für Aeroelastik in Göttingen.
Bei den Flugversuchen griffen die Forscher auf ein zweites Forschungsflugzeug der DLR-Flotte zurück: Die Falcon 20E. Mit ihr flogen die Testpiloten der DLR-Einrichtung Flugexperimente vor HALO hinweg und erzeugten so Wirbelschleppen und Turbulenzen, in die HALO gezielt hineinsteuerte.
Beim Projekt iLOADS kam eine neue Entwicklung des Instituts für Aeroelastik zum Einsatz: Bei der sogenannten Online-Schwingungsüberwachung werden die gesammelten Daten permanent von der Messanlage auf mehrere Rechner im Flugzeug verteilt. Dank des automatischen Auswerteverfahrens ist das Schwingungsverhalten direkt für die Wissenschaftler an Bord verfügbar. So können sie bereits während des Fluges überprüfen, ob bei sich ändernden Flugbedingungen gefährlich große Schwingungen entstehen. Laut DLR hat das System das Potential, Forschung nicht nur zu beschleunigen, sondern auch die Kosten von Flugversuchen drastisch zu senken.
In einem Außenlastträger werden Messinstrumente für Forschungsflüge untergebracht. Foto und Copyright: DLR
Mit den gesammelten Daten vergleichen die Forscher im nächsten Schritt ihre numerischen Berechnungen und Modelle mit den Daten des Herstellers. Hierfür fügen sie HALOs Außenlasten und Anbauten der Simulation des Standard-Flugzeugmodells hinzu. So kann ermittelt werden, mit wieviel Gewicht das Forschungsflugzeug maximal belastet werden kann. "Auf dem Computer haben wir alle Fälle bereits durchgerechnet. Durch die Flugversuche können wir jetzt konkret herausfinden, ob unsere Modelle stimmen", sagt Prof. Wolf-Reiner Krüger, Projektleiter iLOADS.
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