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FLUG REVUE 08/2016

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Technik Windkanäle Doch

Technik Windkanäle Doch das hat seinen Preis: Pro Messtag im ETW fallen Kosten zwischen 90 000 und 125 000 Euro an. An einem Tag fließen bis zu 1500 Tonnen Stickstoff durch den Kanal. Der Stromverbrauch liegt je nach Test bei einem Viertel bis einem Drittel des Verbrauchs der Stadt Köln. „Wer seinen Nutzen nicht kennt, könnte den ETW als gewaltige Energievernichtungsmaschine missverstehen“, so Dietz. „Aber der Mehrwert, den der ETW bietet, um effiziente und sichere Flugzeuge mit überschaubaren Risiken zu entwickeln, wiegt Kosten und Aufwand mehr als auf.“ Aktuell investieren die Gesellschafter des ETW 20 Millionen Euro, um die Anlage zu modernisieren. Auch die Modelle im Maßstab von etwa 1:30 (Spannweite bis 1,6 Meter) sind nicht eben günstig, 300 000 bis drei Millionen Euro kosten sie, je nach Oberflächengüte und Detailgenauigkeit. Ein solches Modell aus den Anfangszeiten des ETW steht im Eingangsbereich, ein Airbus A310. Es ist aus Martensitausgehärtetem Edelstahl, der den tiefen Temperaturen im Windkanal widersteht. Innen ist das Modell hohl, damit verschiedene Messgeräte untergebracht werden können. „In einem typischen So funktioniert der Europäische Transschall-Windkanal Moderne Windkanäle wie der ETW sind nach der sogenannten Göttinger Bauart konstruiert. Dabei wird Luft oder ein anderes Gas in einem geschlossenen Kreislauf durch ein Gebläse um das Modell herum beschleunigt. Umlenkschaufeln und Siebe sorgen für eine gleichmäßige Strömung. Auslass des gasförmigen Stickstoffs Umlenk-Ecke Beruhigungskammer mit Sieben und Honeycomb zur Strömungsausrichtung zweistufiger Kompressor (50 MW) Einspritzdüsen für den Flüssigstickstoff Kontraktion 1:12 verstellbare Düse Modell in der Messstrecke intern isolierter Edelstahldruckkessel Regeldiffusor Fotos: DLR (2), ETW (4), NASA Ames (2) Halbmodelle (hier eine A380) ermöglichen eine Vergrößerung des Maßstabs. Aus der Luft ist der geschlossene Kreislauf des Kryo-Kanals Köln gut erkennbar. In dem braunen Gebäude in der Mitte befindet sich die eigentliche Messstrecke. 72 FLUG REVUE August 2016 www.flugrevue.de

Eine F/A-18 wird bei der NASA unter hohem Anstellwinkel getestet. Der größte Windkanal der Welt: der National Full-scale Aerodynamics Complex in Mountain View. Seine Messstrecke misst rund 24 mal 36 Meter. Flugzeugentwicklungsprogramm gibt es mindestens drei Windkanaltest-Modelle, potenziell eher mehr. Gewöhnlich wird jedes der Modelle in mehreren Anlagen getestet“, sagt Mathew L. Rueger, Windkanal-Experte bei Boeing. Das sind beim amerikanischen Flugzeugbauer unter anderem verschiedene eigene Windkanäle in Seattle, Philadelphia und St. Louis, Anlagen der NASA, der QinetiQ-5-Meter-Windkanal im britischen Farnborough und eben der ETW. Zur Ermittlung von Kräften und Drücken kommen verschiedene Messtechniken zum Einsatz. Dazu gehören im ETW unter anderem Dehnmessstreifen, die bei Verformungen ihren elektrischen Widerstand ändern, oder optische Verfahren wie temperatursensitive Farbe (TSP, Temperature Sensitive Paint), die die beim Strömungsumschlag entstehenden Temperaturveränderungen mithilfe von UV- Licht sichtbar macht. In unmittelbarer Nähe des ETW steht auf dem Gelände des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sozusagen sein kleiner Bruder, der Kryo-Kanal Köln (KKK), der bereits seit 1962 in Betrieb ist. Dort werden mithilfe des Kanalgases Stickstoff sogar noch tiefere Temperaturen als im ETW erzeugt – bis -190 Grad. Der KKK ist ein Unterschallwindkanal mit simulierten Geschwindigkeiten bis Mach 0.38 (rund 420 km/h). Er erreicht bei Halbmodellen Reynoldszahlen bis 15,5 Millionen, bei Vollmodellen bis 7,3 Millionen. Der Elektromotor, der den Kompressor antreibt, hat eine Leistung von 1,4 Megawatt. Für 40 000 bis 50 000 Euro pro Tag werden auch hier Auftragsmessungen durchgeführt. Beispielsweise wurde der Airbus A380 sowohl im ETW als auch im KKK getestet. Schon diese beiden Windkanäle in Köln zeigen, dass es nicht eine Anlage gibt, die alles kann. Jede Einrichtung bildet nur einen kleinen Bereich der Wirklichkeit ab. Allein die von DLR und der niederländischen Partnerorganisation NLR eingerichtete Stiftung Deutsch-Niederländische Windkanäle (DNW) betreibt mehr als 20 Windkanäle. Hinzu kommen weitere Anlagen in Europa wie der Hochgeschwindigkeitskanal im französischen Modane-Avrieux. Der größte Windkanal der Welt steht übrigens in Mountain View in Kalifornien und wird heute von der US Air Force betrieben. In ihn passen ganze Flugzeuge mit Spannweiten bis zu 30 Metern. FR ULRIKE EBNER Weitere Windkanäle Neben dem Kryo-Kanal betreibt das DLR auf dem Gelände in Köln fünf weitere Windkanäle für unterschiedliche Zwecke. Lichtbogenbeheizter Windkanal: In den beiden Messstrecken L2K (1 Megawatt) und L3K (6 Megawatt) werden Temperaturen bis zu 7000 Grad Celsius und Geschwindigkeiten bis Mach 10 simuliert – Bedingungen, wie sie beispielsweise beim Wiedereintritt eines Raumfahrzeugs in die Erdatmosphäre herrschen. Über-/Hyperschall-Windkanäle: Drei weitere Anlagen stehen für Tests bei Machzahlen bis 11.2 zur Verfügung. In der vertikalen Messstrecke werden unter anderem Schuberzeugung und Steuerung von Flugkörpern durch Feststofftreibsätze bei Mach 0.5 bis 3.2 untersucht. In der trisonischen Messstrecke, deren Simulationsbereich von Unterschall (Mach 0.5) bis zu hohem Überschall (Mach 5.7) geht, wird die Aerodynamik von Raumfahrzeugen, aber auch Triebwerkseinläufen getestet. Der Hyperschallwindkanal dient beispielsweise der Messung aerodynamischer und aerothermodynamischer Belastungen bei Geschwindigkeiten von Mach 4.8 bis 11.2. www.flugrevue.de FLUG REVUE August 2016 73

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