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Unverzichtbar für die Luftfahrtforschung

Hochbetrieb im Windkanal

Windkanäle sind schon seit sehr langer Zeit wichtige Hilfsmittel bei der Entwicklung von Luft- und Raumfahrzeugen, und ihre Bedeutung hat im Laufe der Jahre immer mehr zugenommen.

Das Netz derartiger Testanlagen ist in Europa besonders dicht. Auf einer Liste der von europäischen Flugzeugbauern empfohlenen Windkanäle verschiedenster Zweckbestimmung stehen klangvolle Namen: ARA-TWT, der „Transsonic Wind Tunnel“ der Aircraft Research Association in Bedford, Großbritannien, DLR-TMK, die Transsonische Messstrecke in Köln, DNW-LLF und DNW-TWG, zwei Anlagen der 1976 gegründeten Stiftung Deutsch-Niederländische Windkanäle, einer Kooperation des DLR und des NLR. Ersterer steht in Marknesse im Nordoostpolder, der zweite ist der Transsonische Windkanal in Göttingen.

ONERA S1, S2, S3 und F1 der französischen Forschungsbehörde Onera (Office National d‘Etudes et de Recherches Aérospatiales). Die drei ersten sind Hochgeschwindigkeitsanlagen in Modane-Avrieux, während es sich bei F1 um einen Niedergeschwindigkeitstunnel in Fauga-Mauzac handelt. Die größte dieser Anlagen stammt eigentlich aus Haiming in Deutschland, wo sie gegen Ende des Zweiten Weltkrieges installiert worden war. Nach Kriegsende wurde der Windkanal demontiert und in den französischen Alpen wieder aufgebaut, wo er mit Wasserkraft aus Stauseen betrieben wird. Mit acht Metern Durchmesser und einem Betriebsregime nahe der Schallgeschwindigkeit gehört er zu den größten Windkanälen der Welt.

Schließlich steht noch der Windkanal LWTE („Large Wind Tunnel Emmen“) der schweizerischen RUAG auf der illustren Empfehlungsliste.

Ein dichtes Netz von Windkanälen

In Göttingen wurde auch der deutsche Wiedereintrittskörper SHEFEX für Raumfahrtanwendungen optimiert. Foto und Copyright: DLR

Das Netz von Windkanälen in Europa ist aber noch viel dichter. Dazu gehört, um nur ein weiteres Beispiel zu nennen, der Hochenthalpie-Windkanal des DLR in Göttingen, in dem extreme Schockwellen erzeugt werden. Das Testverfahren dient der Untersuchung des Wiedereintrittsverhaltens von Raumfahrzeugen in die Erdatmosphäre, wie zum Beispiel am Forschungsflugkörper SHEFEX (Sharp Edged Flight Experiment). Innerhalb einer Zehntelsekunde strömte dabei die Luft mit zehnfacher Schallgeschwindigkeit am Modell vorbei; 50 Drucksensoren und 60 Thermoelemente zeichneten dabei Tausende von Messdaten auf.

Wie arbeiten aber die anderen Anlagen? Sehen wir uns den Transsonischen Windkanal TWG in Göttingen etwas näher an: Dieser simuliert das Verhalten von Flugzeugen im transsonischen Bereich, der bei rund 1000 Stundenkilometern liegt, bis hin zu Geschwindigkeiten von Mach 2.2. Hier wurde beispielsweise die Aerodynamik des Eurofighters oder des Militärtransporters A400M von Airbus Military untersucht. In dem 50 Meter langen und zwölf Meter hohen Kanal wird die Luft mit einer Leistung von 15 Megawatt verdichtet und strömt dann am maßstabsgetreuen Modell in der Messstrecke vorbei, die einen mal einen Meter misst.

Der TWG als wichtigste Anlage in Göttingen wurde bereits 1963 in Betrieb genommen und 1992 umfangreich modernisiert. Erst vor wenigen Jahren wurde dieser in seinem Geschwindigkeitsbereich einmalige Windkanal für mehr als vier Millionen Euro auf den neuesten Stand gebracht. Er dient vor allem der Erforschung künftiger Raumfahrzeuge, Flugzeuge und Hubschrauber („vor allem“ deshalb, weil fast alle der erwähnten Forschungsanlagen auch für Tests beispielsweise von Straßen- und Schienenfahrzeugen genutzt werden). Jährlich werden im TWG Messungen im Wert von mehr als 2,5 Millionen Euro durchgeführt.

Datenerfassung am großen Modell

Sieben Meter lang ist dieses Tragflächenmodell, das im Auftrag des DLR in den Niederlanden getestet wurde. Foto und Copyright: DLR

Eine der jüngsten Testkampagnen fand Ende 2011 in der Large Low-speed Facility (LLF) in den Niederlanden statt, wo Wissenschaftler des DLR ein weltweit einzigartiges Tragflächenmodell aeroakustisch untersucht haben. Üblicherweise handelt es sich bei den Versuchsobjekten in den Windkanälen um sogenannte kleinskalige Modelle, doch dieses war sieben Meter lang und bei eingefahrenen Klappen 1,2 Meter tief. Gemeinsam mit den Partnern Airbus und EADS-IW konnten hier besonders repräsentative aeroakustische Daten ermittelt werden. Im Vergleich zu den Messergebnissen der kleinskaligen oder rechnerischer Modelle dienen die Daten des größeren Flügels der Erprobung neuer Technologien zur Lärmminderung an den Klappensystemen unter realistischen Bedingungen.

Damit die Forscher das Modell im Windkanal vermessen konnten, wurde ein zehn Meter hoher Turm gebaut, der das Objekt stabil hielt. Nach den Tests wurden die Messergebnisse der kleineren Modelle validiert und Daten für Rechenmodelle gesammelt, die aus Kostengründen immer wichtiger werden. Die Windkanäle indessen kann auf absehbare Zeit nichts ersetzen.

FLUG REVUE Ausgabe 04/2012

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