Hochleistungsrechner können Luftfahrzeuge umfassend mathematisch-numerisch darstellen – um Innovationen zu beschleunigen und zu vergünstigen.
Die Entwicklung, Erprobung und Produktion neuer Fluggeräte sind heute mit solch hohen zeitlichen und finanziellen Risiken verbunden, dass schon ein Rückschlag die Existenz ganzer Firmen bedrohen kann. Diese Risiken sowie lange Betriebszeiten können die dynamischen Produktverbesserungen und die rasche Einführung fortschrittlicher Technologien regelrecht ausbremsen. Darum sind Mittel gefordert, durch die neue Luftfahrttechnologien schneller eingeführt und technologische Risiken besser beherrscht werden können. Konsequente Virtualisierung ist hier der Schlüssel zur Lösung. Das DLR ist dabei ein Wegbereiter des Umbruchs.
Im DLR soll das sogenannte virtuelle Produkt in den Mittelpunkt der wissenschaftlichen Arbeit gestellt werden. Generell ist damit die hochgenaue mathematisch-numerische Darstellung eines neuen Fluggeräts mit all seinen Eigenschaften – etwa seinem aerodynamischen Strömungsverhalten oder seiner aeroelastischen Integrität – gemeint. Die realitätsgetreue Abbildung setzt dabei eine über alle Fachbereiche hinweg konsistente Beschreibung des Fluggeräts voraus. Seine Geometrie, Struktur und seine späteren Missionsziele müssen dazu vorab eindeutig festgelegt sein. Alle Phasen der Produktrealisierung – vom Entwurf über die Leistungs- und Eigenschaftenvorhersage bis zur Konstruktion und Fertigung – müssen vor einer Realisierung oder Teilrealisierung aussagekräftig simuliert werden können. Sogar die Analyse des zu erwartenden Produktlebenszyklus’ soll virtuell erfolgen
Das finale virtuelle Produkt muss mit hochgenauen und kosteneffizienten Rechenmethoden erstellt werden. Im vorgelagerten Entwurfsprozess aber sind verschiedene Modellierungsebenen erforderlich, durch deren Einsatz ausreichend breite Parameterräume schnell erkundet werden können. So entstehen einfache, schnelle Modelle, die durch geeignete Verfahren weiter kalibriert werden, um den Entwurf schon im Frühstadium in die angestrebte Richtung zu lenken.
Die hochgenauen Methoden, die das endgültige Produkt repräsentieren, hingegen müssen gezielt verifiziert und validiert werden. So wird sichergestellt, dass das virtuelle Fluggerät die tatsächlichen Eigenschaften seines noch nicht existenten realen Pendants wirklichkeitsgetreu widerspiegelt. Die einzelnen Modellierungsansätze sind also hierarchisch – mit von Stufe zu Stufe wachsender Darstellungsgüte – aufgebaut: von einer rein statistischen Beschreibung bis zur detaillierten Nachbildung inklusive aller Systemeigenschaften.
Beim virtuellen Produkt ist zudem die auf numerisch erzeugten Daten basierende Einbindung in den Zulassungsprozess neuer Fluggeräte ein wesentlicher Aspekt. Dazu muss für das sogenannte virtuelle Testen eine sorgfältig definierte Validierungsstrategie entwickelt werden, die die Anforderungen der Nachweisführung im Zulassungsprozess abbildet und erfüllt. Gerade Drehflügler stellen aufgrund ihrer Komplexität und flugphysikalischen Besonderheiten die Forscher und Entwickler vor besondere Herausforderungen. Hier muss sehr sorgfältig vorgegangen werden, da die Flugeigenschaften, aerodynamischen Interaktionen und das dynamische Verhalten nicht immer vollständig vorhergesagt werden können.
Neue Fluggeräte ausschließlich im Rechner zu entwickeln, setzt effiziente Simulationsverfahren und Auswerteverfahren für sehr große Datenmengen voraus. Die entsprechenden Flugsimulatoren und die notwendige Infrastruktur für High Performance Computing müssen bereitstehen. Für die virtuelle Entwicklungsarbeit ist kollaboratives, dezentrales Arbeiten essenziell, weshalb eine dazu geeignete Arbeitsplatzausstattung unbedingt gefördert werden muss.
