Windkanalmessung an einer Tragfläche

Der Himmel über unseren Köpfen ist zunehmend bevölkert von Flugzeugen, die uns zu unserem nächsten Termin oder in den Urlaub bringen. Stetig wächst die Anzahl an Starts und Landungen, vor allem im Bereich der Regionalflüge. Während beim Start die Triebwerke unter vollem Schub die Geräuschkulisse bilden und genau geplante Abflugpfade die Belästigung der Bevölkerung verringern sollen, schweben die Flugzeuge bei der Landung mit gedrosselten Triebwerken ein. Die Geräusche werden nun dominiert durch die Strömung an den Fahrwerken und Flügeln.

Die Gestaltung und Aerodynamik eines Flügels prägt wesentlich sein Geräuschverhalten, vor allem beim Anflug, wenn die Landeklappen ausgefahren sind. Das liegt an den Spalten, die zwischen dem Flügel und den Klappen entstehen und durch Luftwirbel zu starken Geräuschen führen. Landeklappen ohne Spalte, wäre das nicht eine gute Lösung um Lärm zu vermeiden? Dieser Fragestellung ging eine neue Entwicklung im EU-Projekt Clean Sky nach, bei der ein Flügel mit einer absenkbaren Vorderkante, einer »drooped nose«, entwickelt wurde, ohne dass dort ein Spalt entsteht. Am IBP wurden dazu Berechnungen zur Aerodynamik (CFD Computational Fluid Dynamics) und zur Schallabstrahlung (CAA Computational Aeroacoustics) durchgeführt. Sie haben gezeigt, dass hohe Auftriebswerte erreicht werden und die Lärmerzeugung deutlich geringer ausfällt.

Mit einem Experiment sollte die Wirksamkeit dieser Innovation bestätigt werden. Dazu wurde der neue Flügel im Maßstab 1:6 nachgebaut und in verschiedenen Konfigurationen im Windkanal untersucht. Die Montage des senkrecht stehenden Flügels erfolgte mit einer Adaptervorrichtung auf die in der Länge und Breite einstellbaren Einleitungspunkte der Waage im Windkanal. Die Waage befindet sich unter einem Drehteller, mit dessen Hilfe der Flügel in verschiedenen Winkeln zum Wind ausgerichtet wird und die dabei auftretenden Kräfte gemessen werden können. Auf diese Weise konnten die Auftriebs- und Widerstandbeiwerte für den Reiseflug (alle Klappen eingefahren) und den Landeanflug ermittelt werden. Mit einer akustischen Kamera wurden die Geräusche und Positionen der Schallquellen auf dem Flügel erfasst. Ihre Aufzeichnungen bestätigten die Erwartung deutlich reduzierter Schallentstehung: Im Bereich der Flügelvorderkante ergaben sich kaum Unterschiede zwischen ein- und ausgefahrener Landeklappe, und damit ein wichtiger Schritt in Richtung neuer leiser Flügel.