Im ersten Moment klingt es wie ein alter Hut. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR haben die Grundlage geschaffen für die vollständige digitale Entwicklung von Fluggeräten. Aber werden Flugzeuge nicht schon lange am Computer entworfen? Die Antwort lautet Jein.
«Wir konnten schon vor 30 Jahren ganze Flugzeuge berechnen und haben viele aerodynamische Simulationen gemacht», erklärt Projektleiter Stefan Görtz vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. Aber: «So ein Flugzeug ist ja auch elastisch. Die Flügel biegen sich, der Tankinhalt schwappt bei Manövern hin und her, es gibt so vieles, das berücksichtigt werden muss, und genau darauf kommt es an», so Görtz.
Abgleich mit Airbus A320
Jetzt ist es dem DLR gelungen, neue Simulationsverfahren miteinander zu koppeln. So fließen in die virtuellen Flugversuche alle relevanten Disziplinen ein, wie etwa Aerodynamik, Aeroelastik, Lastanalyse, Flugdynamik und Struktur - laut Görtz kann das «keine Uni und in dieser Konsequenz bisher auch kein Industrieunternehmen».
Abgleiche mit Windkanaltests sowie mit echten Flugtests des DLR-Forschungsflugzeug Airbus A320 D-ATRA machten es möglich, die virtuellen Flugversuche zu überprüfen und die Modelle zu verbessern. Nun kann am Computer beispielsweise getestet werden, wie sich der Passagierkomfort bei Böen oder Flugmanövern verbessern lässt.
Jungfernflug zuerst virtuell
Es können aber auch komplett neue Flugzeuge virtuell entworfen, getestet und geflogen werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Entwicklungsprozess sich zunehmend auf die Simulation verlassen wird. Sie glauben: Künftig wird zuerst ein virtueller Erstflug stattfinden, der später durch einen realen Jungfernflug überprüft und bestätigt wird.
Das senkt wirtschaftliche Risiken. Auch eine Zertifizierung anhand von computerbasierten Simulationen rückt laut DLR näher.
In der oben stehenden Bildergalerie sehen Sie die Arbeit des DLR mit echten und simulierten Fliegern.
Der Erstflug findet künftig am Computer statt
Airbus A320 mit dem Kennzeichen D-ATRA: Der Forschungsjet des DLR ...
... half bei der Überprüfung und Weiterentwicklung der virtuellen Flugsimulation. Die Flügel wurden mit einer speziellen Folie beklebt, ...
... um mithilfe eines Stereokamerasystem die Verformungen der Tragflächen während des Fluges optisch zu vermessen.
Virtueller Flugversuch zur Identifizierung der flugdynamischen Charakteristiken von D-ATRA: Aus den identifizierten Eigenschaften wird ein vereinfachtes, aber echtzeitfähiges Ersatzmodell aufgebaut, mit dem unter anderem neuartige Flugregelsysteme zur Böenlastabminderung getestet werden können.
Die Computersimulation zeigt, wie sich die Flügel bei einem Flugmanöver verformen. Es handelt sich um eine Forschungsflugzeug-Konfiguration. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten mit Hilfe der Simulationsmethoden ein Langstreckenflugzeug entwerfen.
