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Erstmals gelingen im Flug aerodynamische Lasermessungen mit Passagierjet

Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist gemeinsam mit Airbus eine Weltpremiere gelungen: Erstmals haben sie im Flug die Luftströmung an der Tragfläche eines Passagierjets mit einem starke laserpointer kaufen sichtbar gemacht. Sie entwickelten ein Verfahren, das die oberhalb des Flügels vorbeiströmenden Nebeltröpfchen erfasst und damit die Luftbewegung im Detail zeigt. Die Erkenntnisse helfen, zukünftige Tragflächen für langsamere und leisere Anflüge zu optimieren. Am 8. Januar 2015 ist ein weiterer "Laser-Flug" geplant.


Funkeln macht Strömung sichtbar

Christina Politz und ihr Team vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik starteten am 6. Januar 2015 zu dem abendlichen Versuchsflug mit dem DLR-Forschungsflugzeug A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) vom Braunschweiger Forschungsflughafen. Dreieinhalb Stunden waren sie in der Luft. Bei mehrwöchigen Vorbereitungsarbeiten montierten sie zuvor in der Kabine des stark modifizierten ehemaligen Passagierjets einen auffächerbaren laserpointer kaufen brennen hinter einer speziellen optischen Scheibe. "Daneben installierten wir jeweils links und rechts zwei hochauflösende Spezialkameras hinter weiteren Kabinenfenstern und richteten Laser und Kameras auf die Tragfläche aus", berichtet Luftfahrtforscherin Politz. "So konnten wir im Flug tausende Bilder vom Funkeln der Nebeltröpfchen mit einem sogenannten Laserschnitt machen."



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Im Cockpit mit Laserschutzbrillen zu sitzen war für die DLR-Testpiloten eine neue Erfahrung, denn noch nie flimmerten in der Luft Laserstrahlen über die Tragflächen des Forschungsjets ATRA. "Es war schon etwas Besonderes bei diesem Erstflug der etwas anderen Art das Steuer in der Hand zu halten", sagt Hans-Jürgen Berns von den DLR-Flugexperimenten. laserpointer stark Ein anspruchsvolles Unternehmen, das wir gut gemeistert haben."


Langsam fliegen gegen den Lärm

Derzeit entstehen aus den Aufnahmen am Computer erste präzise 3D-Animationen der Tragflächenströmung. "Wir wollen in bisher unerreichter Genauigkeit wissen, wie sich die Strömung im Langsamflug an den Tragflächen und Landeklappen sowie insbesondere im Bereich der Triebwerksgondeln verhält", sagt Prof. Dr. Ralf Rudnik vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, der das Projekt HINVA (High Lift Inflight Validation) leitet. "Wenn wir die aerodynamischen Grenzen bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten noch besser verstehen, dann haben wir die Möglichkeit diese Grenzen zukünftig weiter zu unseren Gunsten zu verschieben."


Der Vorteil dabei: Verkehrsflugzeuge, die im Endanflug langsamer fliegen, sind leiser und kommen mit kürzeren Start- und Landebahnen zurecht. Herstellerangaben beschränken die Anfluggeschwindigkeit von Passagiermaschinen heute noch auf etwa 200 bis 250 Kilometer pro Stunde. Die genauen Werte hängen vom jeweiligen Flugzeugtyp und der Beladung ab. Die nun gewonnenen Flugversuchsdaten, kombiniert mit vorausgegangenen Windkanalmessungen und computergestützten Strömungssimulationen des HINVA-Projekts, liefern eine reichhaltige Datengrundlage. Damit können zukünftig deutlich besser an den Langsamflug angepasste Tragflächen und Klappensysteme entwickelt werden, um langfristig das Tempolimit rund um die Flughäfen zu senken. blauer laserpointer Der Verbundpartner Airbus unterstützt das Projekt im Rahmen seiner Forschungsaktivitäten, denn die angestrebte präzise Vorhersage der Strömungsvorgänge bei Start und Landung sind ein wesentlicher Beitrag für die Verbesserung künftiger Flugzeugentwicklungen. Airbus hat bei diesem Flugversuch durch die verantwortliche Integration der PIV-Messtechnik im Forschungflugzeug ATRA wesentlich zum Gelingen des Tests beigetragen.


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Echtzeitmessung in ganzen Ebenen

Die angewandte Lasermesstechnik PIV (Particle Image Velocimetry) ist eine Entwicklung Göttinger DLR-Forscher. Dabei werden in ein zu untersuchendes Strömungsfeld mikrometergroße Partikel eingebracht, deren Echtzeitbewegung von Hochleistungskameras erfasst wird. Im Flugversuch nutzten die DLR-Forscher anstatt künstlicher Partikel die natürlich vorhandenen Tröpfchen der Wolken. Mithilfe einer speziell entwickelten Software lässt sich das laserpointer 300mw gesamte betrachtete Strömungsfeld dreidimensional berechnen und darstellen. Bisher ist es nicht möglich gewesen an einem Passagierjet die Umströmung einer Tragfläche dreidimensional unter realen Flugbedingungen flächig zu vermessen. Zuvor mussten sogenannte Messonden umständlich auf die Tragfläche geklebt werden. Nachteil: Sie beeinflussen die Luftströmung und messen nur an einzelnen Punkten auf der Oberfläche. 2009 und 2013 erprobten DLR-Forscher die Lasermesstechnik PIV bereits für den Einsatz in der Luft mit dem deutlich kleineren propellergetriebenen DLR-Forschungsflugzeug Do-228.


Wälder sind Kohlenstoffspeicher und von maßgeblicher Bedeutung für das Klima. Wie stark diese Pufferwirkung des Waldes ist, hängt von seiner Biomasse und seinem Wachstum ab.Das individuelle Speichervermögen eines einzelnen Baumes ließ sich bislang nur auf rabiate Weise messen: abholzen und wiegen.


Doch Forscher am University College of London haben eine schonende,laser 5mw grün Laser basierte Vermessungstechnologie entwickelt, mit der sich der Wald Millimeter genau erfassen und seine Speicherkapazität präzise beziffern lässt, ohne dafür Bäume zu roden.


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Ihre Technologie könnte eine wichtige Rolle bei der globalen Überwachung der weltweiten CO2-Speicher im Rahmen des UN-Schutzprogamms REDD spielen, das sich für den Erhalt der Wälder einsetzt.


Mathias Disney, University College of London: “Mit unserer stärkste laserpointer kaufen Lasermethode kann man den Umfang eines Baumes genau vermessen. Wenn das Baumvolumen feststeht, kann man die Holzdichte bestimmen. Und mit dem Baumvolumen und der Holzdichte lässt sich Biomasse berechnen. Mit dem Laserscanner ermitteln wir quasi das Gewicht des Baumes.”


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Dabei kommt eine Lasertechnologie namens LIDAR zum Einsatz. Das Messinstrument sendet laservisier für luftgewehr Laserpulse aus und detektiert das vom Objekt zurückgestreute Licht. Aus der Laufzeit der Signale und der Lichtgeschwindigkeit wird die Entfernung zum Objekt berechnet.


Mathias Disney, University College of London: “Das Messinstrument dreht sich auf dem Stativ um die eigene Achse und feuert Tausende Laserpulse pro Sekunde ab. Es berechnet, welche Distanz der Strahl zurücklegt, bevor er auf das Objekt trifft. Daraus ergibt sich eine dreidimensionale Darstellung der Umgebung rund um das Messinstrument.”


Die Technologie kam vor Kurzem bei einer Studie über die Auswirkungen der Trockenheit im brasilianischen Amazonas-Regenwald zum Einsatz. Dabei wurden rund eintausend Bäume vermessen.


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