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Aachener Ideen für das Flugzeug der Zukunft

Von: Guido Jansen
Letzte Aktualisierung:
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Eine Tragflächen-Konstruktion, die von oben rautenförmig aussieht: Das ist das computergenerierte Forward Swept Joint Wing-Modell der Aachener Forschergruppe Advanced AC. Foto: Advanced AC
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Sie stecken hinter Advanced AC: (v.l.) Joscha Kurtenbach, Julian Schirra, Alexander Spohr und Marc Seiffert. Es fehlen Konstantin Diener und Joschka Höfling. Foto: Guido Jansen

Aachen. Ob und wie lange das Flugzeug das Mittel der Wahl für lange Strecken bleibt, ist nicht absehbar. Erdöl ist endlich und damit auch Kerosin, der Treibstoff für Flugzeuge. Wissenschaftler arbeiten schon lange mit Hochdruck an einem alternativen Treibstoff. Serienreife im großen Stil ist nicht in Sicht. Eine Gruppe von jungen Wissenschaftlern und Studenten der FH Aachen University of Applied Sciences arbeitet seit über zwei Jahren an der anderen Chance für das Fliegen.

Sie wollen Flugzeuge sparsamer machen. „Bei gängigen Linienflugzeugen kann man nur noch etwas in kleinen Bereichen erreichen. Deswegen setzen wir den Fokus auf neuartige Konfigurationen“, sagt Marc Seiffert vom Projekt Advanced Aircraft Configuration (Advanced AC) an der FH Aachen.

Der englische Name sagt es: Fortschrittlich konfigurierte Flugzeuge hat das Team im Blick. Wie zum Beispiel das „Forward Swept Joined Wing“-Modell. Eine passende Übersetzung für den Begriff gibt es nicht. Grob gesagt sehen die Flügel des Modells von oben aus wie eine Raute. Das Haupttragwerk setzt vergleichsweise weit hinten oben am Rumpf der Maschine an und ragt V-förmig nach vorne. Ein weiteres, stützendes Tragwerk setzt weiter vorne und weiter unten an und ist in V-Form nach hinten gerichtet. Es ist etwa ein Drittel kürzer als die oberen Flügel und stützt diese ab.

Die Ziele der Konstruktion: weniger Gewicht und vor allem weniger Widerstand in der Luft. Die Aachener haben dem sogenannten induzierten Widerstand den Kampf angesagt, der entsteht, wenn sich der Unterdruck auf der Oberseite und der Überdruck auf der Unterseite hinter dem Tragwerk ausgleichen. So entsteht ein Wirbelsystem. „Unser Konzept kann diesen Widerstand um 30 bis 40 Prozent reduzieren“, sagt Projektleiter Julian Schirra. „Insgesamt macht der induzierte Widerstand 40 bis 50 Prozent des gesamten Widerstands aus, den ein Passagierflugzeug im Reiseflug hat. Wenn wir hier 30 bis 40 Prozent einsparen, dann erreichen wir eine ganze Menge.“

Langsamer Prozess

Flugzeugentwicklung ist eine langwierige Angelegenheit. Selbst die spektakulärsten Erkenntnisse aus der Forschung wirken sich nur minimal aus auf die großen Flugzeugbauer. Es gilt als großer Fortschritt, dass Airbus sein Modell A 350 und Boeing den Dreamliner 787 mit einem Rumpf vorgestellt haben, der nicht mehr zum größten Teil aus Aluminium, sondern aus Kohlefaser gefertigt ist. Dabei arbeiten die Forscher schon lange nicht mehr ausschließlich mit Aluminium. „Flugzeugbau ist auf der einen Seite leider und auf der anderen Seite zum Glück ein sehr langsamer, evolutionärer Prozess, der auf Sicherheit ausgelegt ist“, sagt Seiffert. Bevor die großen Hersteller mit etwas Neuem in die Luft gehen, vergehen Jahre mit Versuchsreihen.

Deswegen wissen die Aachener Forscher, dass es nicht passieren wird, dass ein großer Flugzeugbauer ihnen ihre Pläne abkauft und zeitnah mit dem Bau beginnt. Sie sehen ihre Rolle als diejenigen, die am Anfang eines langen Prozesses stehen, quasi als Impulsgeber. Sie sind fest davon überzeugt, dass sich in der Zukunft in der Luftfahrt viel ändert.

„Was die äußere Erscheinung angeht, werden in 20 Jahren sicher keine neuen Modelle mehr auf den Markt kommen, die Rumpf, zwei Flügel und hinten zwei Leitwerke haben, so, wie wir das heute kennen“, sagt Schirra. Wie Flugzeuge dann aussehen, wissen die Aachener Nachwuchsforscher nicht. Aber sie hoffen darauf, dass vielleicht ein kleiner Teil ihrer Forschung in die Luft geht. Genau deshalb betreiben sie neben ihrem Studium und neben ihrer Arbeit das Projekt Advanced Aircraft Configuration mit viel Feuereifer. Einen ersten großen Achtungserfolg landete Advanced AC in diesem Jahr. Vier Vorträge durfte die Gruppe beim Kongress der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt halten. Alle Vorträge sind mittlerweile von der Gesellschaft veröffentlicht worden. Das ist eine Art vierfacher wissenschaftlicher Ritterschlag für die Gruppe. „Dass wir da publizieren, zeigt, dass unsere Arbeit nicht als Spinnerei angesehen wird“, sagt Schirra über den Erfolg. „Man kann nicht sagen, ob und wann unsere Idee umgesetzt wird. Aber sie ist auf jeden Fall eine Möglichkeit.“

Wie groß der Aufwand ist, den Advanced AC betreiben muss, wird schon beim Erstellen der Referenzobjekte deutlich. Boeing und Airbus geben die Datenblätter ihrer Flugzeuge nicht raus. Mit aufwendigen, selbst erstellten Computerprogrammen muss die Gruppe selbst Referenzobjekte erstellen, die an Airbus oder Boeing-Modelle angelehnt sind, damit sie ihre Weiterentwicklung mit den Referenzobjekten vergleichen kann. Dafür hat die Fachhochschule der Gruppe im vergangenen Jahr ein Computer-Cluster zur Verfügung gestellt, mit dem sie die komplexen Simulationen machen kann. Flugversuche gibt es ebenfalls, mit einem selbst gebauten Modell.

„Wir wollen herausfinden, wie man den instabilen Flug beherrschbar macht“, sagt Joscha Kurtenbach. Beim stabilen Flug liegt der Schwerpunkt vor dem Neutralpunkt des Flugzeugs, also tendenziell vorne. So pendelt sich das Flugzeug wieder ein, wenn es zuvor von einer Böe erfasst wird. Kampfflugzeuge sind oft instabil und für den Piloten nur mit Hilfe von Computern steuerbar. Allerdings werden sie so wesentlich wendiger.

Diese Eigenschaft wollen die Advanced AC-Forscher auch für Linienflugzeuge erreichen. Von Serienreife kann auch hier – noch – keine Rede sein. Die Ideen sind allerdings in der Welt. So erforscht die Gruppe die Aerodynamik, die Struktureigenschaften, das Gewicht und die Flugregelung. Um Details kann die Gruppe sich nicht kümmern, beispielsweise darum, wo welche Wartungsklappen angebracht werden und welche Klimaanlage verbaut wird. Die jungen Forscher liefern Impulse für große Teilbereiche.

„Man darf nicht vergessen, dass das ein Studierendenprojekt ist“, sagt Marc Seiffert. Ein sehr weit fortgeschrittenes. Welche Tragweite es hat, wird sich erst in zehn oder zwanzig Jahren zeigen, wenn möglicherweise Flugzeuge mit der rautenförmigen Tragwerk-Konstruktion am Himmel zu sehen sind. Spätestens dann wissen die FH-Forscher, dass sie zu Himmelsstürmern geworden sind.

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