oLAF: optimal lastadaptives Flugzeug
Beim Entwurf moderner Transportflugzeuge wird das Gewicht der Flugzeugstruktur durch die auftretenden Lasten getrieben, primär erzeugt durch die Aerodynamik. Extreme Lasten entstehen dabei bei Manövern, Böen, oder Turbulenzen. Um die Effizienz künftiger Flugzeuggenerationen weiter zu steigern, rücken Verfahren zur Lastabminderung in den Fokus, insbesondere zur Anwendung bei Flügeln hoher Streckung. Wenn es gelingt die maximal auftretenden Lasten zu reduzieren, können Flugzeuge leichter gebaut werden, was sich positiv auf Kraftstoffverbrauch und Emissionen auswirkt.
Im Projekt oLAF (optimal lastadaptives Flugzeug) untersucht das DLR das Potential aktiver Maßnahmen zur Lastabminderung bei Langstrecken-Transportflugzeugen. Aktiv bedeutet, dass Steuerflächen am Flugzeug (Ruder, Klappen, Spoiler) ausgeschlagen werden, sobald das Flugzeug von Böen getroffen wird, ein Manöver fliegt, oder Turbulenzen erfährt. Sensoren im Flugzeug registrieren die resultierende Bewegung des Flugzeugs oder Verformung der Flügel, und Regelungsalgorithmen kommandieren einen Ausschlag der geeigneten Steuerflächen. Das Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik (DLR-SR) entwickelt und validiert eben diese Regelungsalgorithmen.
Im Rahmen des Projekts oLAF wird die Integration von Lastabminderungstechnologien in den Flugzeugentwurfsprozess untersucht, sodass sich die Reduktion der Lasten direkt in vermindertem Strukturgewicht niederschlägt. Zudem lässt sich so die Auswirkung solcher Technologien auf die einzelnen Disziplinen wie Aerodynamik, Aeroelastik, Flugphysik oder Systeme untersuchen. Flugphysikalische Simulationen dienen zur Analyse von modellbasiert entwickelten Regelungskonzepten.
Um die entwickelten Regelungsalgorithmen zu testen wurde im Projekt oLAF ein aeroservoelastisches Windkanalexperiment zur Böenlastabminderung im Niedergeschwindigkeitswindkanal Braunschweig (DNW-NWB) durchgeführt. Das Bild zeigt den Versuchsaufbau: ein Böengenerator erzeugt Störungen, die den dahinter befindlichen flexiblen Flügel anregen. Der Flügel mit Pfeilung und großer Streckung ist dem eines Langstreckenflugzeugs nachempfunden. Verteilte Beschleunigungssensoren erfassen die Bewegung des Flügels, und liefern so die in einer Feedback-Regelung verwendeten Signale. Die Regler kommandieren den Ausschlag der Hinterkantenklappen, um so die durch die Böen bzw. Turbulenzen induzierten Lasten an der Flügelwurzel zu reduzieren. Je nach Reglerarchitektur werden alle oder nur ein Teil der Hinterkantenklappen angesteuert – so beispielsweise nur die beiden äußersten Klappen, die dem Querruder eines Verkehrsflugzeuges entsprechen.