SFB 880: Grundlagen des Hochauftriebs künftiger Verkehrsflugzeuge
Maschinenbau und Produktionstechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Analyse der heutigen Leistungen und Anforderungen bei Verkehrsflugzeugen lässt einen zukünftigen Bedarf für Hochauftriebssysteme erkennen, der nicht mit industriellen Entwicklungsprozessen abgedeckt werden kann. Dieses gilt vor allem in den Bereichen der Lärmminderung und der verbesserten technologischen Fähigkeit zur Anpassung der Leistungsparameter von Hochauftriebssystemen bei Start und Landung (Skalierbarkeit). Die konsequente Verfolgung dieser Forschungslinien führt längerfristig zu den technologischen Grundlagen für ein neues Segment ziviler, lärmarmer Verkehrsflugzeuge für kurze Start- und Landebahnen, das eine nahtlose Integration in die Metropolregionen der Industriegesellschaft ermöglicht. Die Verwirklichung der Vision dieser neuen Verkehrsmittel erfordert Fähigkeiten, die in der Aeroakustik, der Aerodynamik und der Flugdynamik weit über den damaligen Stand der Methoden und des Wissens hinausgehen. Neue Perspektiven für die hier erforderlichen, aktiven Hochauftriebssysteme ergeben sich auch durch die zunehmende Elektrifizierung von Verkehrsflugzeugen. In der ersten Förderperiode des Sonderforschungsbereichs wurden grundlegende Mechanismen der Minderung der Umströmungsgeräusche von Tragflügeln erforscht, die aerodynamischen und strukturtechnologischen Grundlagen für den Entwurf von Tragflügeln mit aktiver Strömungskontrolle erarbeitet und erste Berechnungsmodelle für flugmechanische und aeroelastische Analysen des Gesamtflugzeugs entwickelt. In der zweiten Förderperiode und in der Auslauffinanzierungsphase hat der SFB Berechnungsmodelle und Simulationen zur Minderung des Umströmungsgeräuschs für Anwendungen auf gradierte und anisotrop poröse Materialien erweitert sowie gradierte Materialien hergestellt und in Windkanalversuchen untersucht. Da die Nutzung der aeroakustischen Abschirmung der Strömungsgeräusche von Propellerantrieben bei Verkehrsflugzeugen nicht wirtschaftlich ist, konnten alternativ für Fan-Triebwerke mit extrem hohem Nebenstromverhältnis die Lärmminderungspotenziale der Integration im Bereich der Flügelhinterkante und die aerodynamische Integration im Reiseflug und im Hochauftrieb aufgezeigt werden. In den Forschungsarbeiten zum aktiven Hochauftrieb wurde die Effizienz des dynamischen Ausblasens erstmalig in Wasser- und Windkanalversuchen gezeigt. Ferner konnten umfassende Analysefähigkeiten in den kritischen Aspekten der formvariablen Vorderkanten nachgewiesen und mit einem leistungsfähigen Funktionsmuster verifiziert werden. Eine technologische Herausforderung sind die Kompressoren im Flügel. Dafür liegt nunmehr eine integrierte Entwurfsmethodik für Antrieb, Leistungselektronik und Verdichterstufe vor, und der SFB untersuchte erstmalig einen leistungsfähigen Hardware-Demonstrator. Die Simulationen des aeroelastischen Verhaltens von Tragflügeln mit nichtlinearem Auftriebsverhalten ermöglichen nun Flatter-Analysen unter Einschluss des Antriebs mit großen Propulsoren. Die flugmechanischen Analysen zeigten die Besonderheiten des Fluges mit sehr großen Auftriebsbeiwerten und Propellerantrieb auf. Aufbauend auf fundierten Analysen der Längs- und Seitenbewegung und bei einseitigem Triebwerksausfall unterstrichen die ersten Auslegungen von Flugsteuerungssystemen die große Bedeutung der Flugregelung.
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