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Mit dem Laser im Nachthimmel - Testflüge für eine bessere Aerodynamik

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Mit dem Laser im Nachthimmel - Testflüge für eine bessere Aerodynamik

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Im Hangar des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Braunschweig stehen Flugzeuge, die es in sich haben. Mit modernster Laser- und Messtechnik ausgestattet sollen sie helfen, Luftströmungen beim Flug auf die Spur zu kommen. Warum das wichtig ist? Durch eine verbesserte Aerodynamik kann das Fliegen sicherer und umweltfreundlicher werden. Doch zuvor müssen die Luftströmungen gemessen werden, am besten im freien Flug. Und das ist gar nicht so einfach.

Voller Begeisterung führt uns DLR-Forscherin Christina Politz durch den Hangar: “Wir sehen hier mehrere Segelflugzeuge oder auch größere Flugzeuge, mit denen wir Flugversuche machen – hauptsächlich innerhalb des DLR, aber auch mit externen Projektträgern.“ Sie steigt in eines Segelflugzeuge ein und prüft die Technik für den nächsten Testflug in der kommenden Nacht. Die junge Frau leitet eine ganze Reihe von Flugversuchen als Teil eines europäischen Forschungsprojekts. Das Ziel: die optischen Messmethoden verbessern und so Strömungen im freien Flug besser erfassen zu können.

Das Herz der Technik ist ein System aus Lasern und Kameras, das die Bewegung von Wolkentropfen aufzeichnet. An einem der Flugzeugfenster zeigt uns Wissenschaftler Hauke Ehlers die Hauptbestandteile: „Das ist der Laser, mit dem wir die ganz kleinen Wolkenpartikel beleuchten. Hier sind zwei Kameras, angeordnet mit einem Winkel zueinander. Und diese Kameras werden genutzt, um die beleuchteten Partikel aufzunehmen. Die dritte Kamera befindet sich hier an dieser Stelle, diese Kamera nimmt auch die beleuchteten Partikel auf, wird dann aber benutzt, um die Größe der Partikel zu bestimmen.”

‘Partiple image velocimetry’ heißt das Verfahren. Mit ihm erkennen die Forscher, wie sich die Aerodynamik des Flugzeugs entwickelt, wenn sich Faktoren wie die Fluggeschwindigkeit oder die Höhe der Wolken verändern. Christina Politz zeigt auf das Fenster von außen: “An dieser Stelle tritt das Laserlicht aus. Es propagiert in Flugrichtung und wird in vertikaler Richtung aufgespannt. Während des Fluges fliegen wir durch Wolken und die Bewegung der Wolkentropfen, also das zurückgestrahlte Licht wird durch unsere beiden Kameras aufgenommen und daraus ermitteln wir dann die Geschwindigkeitsvektoren.”

Der Testflug rückt näher und Pilot Peter Baumann hofft auf passendes Wetter: “Was wir grundsätzlich brauchen ist eine flächige Bewölkung zwischen fünftausend und achttausend Fuß, also möglichst durchgehend. Für die schnellste Geschwindigkeit müsste die etwa 30 Meilen lang sein, dass wir da ununterbrochen in den Wolken entlang fliegen – aber eben nicht zu viel Feuchtigkeit, also keinen starken Niederschlag, auch keine Turbulenzen, weil das ist wenig gut für den Sensor. Aber das ist heute Abend relativ schwer zu finden.”

Und dann wird es ernst. Das Flugzeug hebt ab und sobald es die Wolken erreicht hat, schalten die Forscher den Laser und die Hochleistungskameras an. Christina Politz prüft die erfassten Daten auf einem Bildschirm: “Die kleinen weißen Punkte, die wir hier sehen, das sind tatsächlich die Wolkentropfen, die unsere Kameras aufnehmen und dann zu den Messrechnern hier senden. Auf der Grundlage dieser Daten können wir dann die Bewegung der Partikel auswerten und die Geschwindigkeiten bestimmen.”

Etwa zweieinhalb Stunden dauert der nächtliche Freiflugversuch. Nach der Landung werden die wertvollen Daten mit einem speziellen Computerprogramm ausgewertet und die Luftströmungen ermittelt. Hauke Ehlers blickt bereits voraus: “In Zukunft ist es sehr wichtig, die genaue Aerodynamik zu kennen, die um das Flugzeug vorherrscht. Und aus diesem Grund ist es sehr interessant für die Flugzeughersteller, Messmethoden anzuwenden, wie hier zum Beispiel die „particle image velocimetry.”

Mehr Informationen zu dem Forschungsprojekt finden Sie unter http://aim2.dlr.de