Montag, 11. Juli 2011

Nie wieder 747

Vor einer Woche bin ich von San Francisco das erstemal mit einer Airbus A380 der Lufthansa nach Frankfurt geflogen. Darauf hatte ich mich seit der Buchung gefreut und ich kann nur sagen: Nie wieder 747!

In der 747, auch bei Lufthansa-Bestuhlung, wird der Flug immer dann zur Tortur, wenn die Vorderfrau den Sitz komplett nach hinten stellt. In der A380 in der ich geflogen bin, war das kein Problem. Darüberhinaus ist es merklich leiser. Ausserdem war mein Sitznachbar E-Techniker und konnte mir zu einem Optimierungsproblem an dem ich arbeite, ein paar Tips geben. Aber vielleicht war das gar keine Eigenschaft des Flugzeugs. Alles in allem in der Economy class immer noch kein Zuckerschlecken, aber erträglich und insofern eine dramatische Verbesserung. Auch sehr cool: Es gibt im Onboardentertainment-System drei Kameras die man sich anschauen kann, eine senkrecht nach unten, eine waagerecht nach vorne von der Nase aus und eine schräg nach unten vom Höhenleitwerk. Wirklich cool, sich letztere bei der Landung anzuschauen, wenn auch nicht unbedingt was für Leute mit Flugzeugsabsturzangst.

Auf den Flug gefreut habe ich mich auch, weil sich damit für mich ein Kreis schloss: Als krasse Forscher 2000 ihre erste Stelle als wissenschaftlicher Mitarbeiter antraten, war das im Sonderforschungsbereich 401, der als Thema die numerische Simulation des A380 hatte. Und zwar sind die zwei Dinge, die den Unterschied machen im Vergleich zu vorherigen Flugzeugen, einmal die Grösse und zum anderen die neuen Materialien, da in nennenswertem Masse kohlefaserbasierte Kunststoffe eingesetzt wurden.

Der erste Punkt bedeutet, dass die Reynolds-Zahl extrem groß wird, etwa 10^8. Diese dimensionslose Kennzahl erlaubt es, Strömungen von Modellen unterschiedlicher Größe miteinander zu identifizieren oder anders gesagt sagt sie einem, wie gut ein Windkanalmodell gefertigt sein muss, um das echte Flugzeug abzubilden, also wie gering Unreinheiten auf der Modelloberfläche sein dürfen. 10^8 bedeutet: So gut, dass man das Ding am Ende in Gold aufwiegen kann. Gleichzeitig ist die Dicke der Grenzschicht, in der die Fluggeschwindigkeit von Null auf der Oberfläche auf die Geschwindigkeit des umgebenden Fluids (hier Reisegeschwindigkeit von Mach 0.85) von der dimensionslosen Größenordnung 1/Re, also extrem dünn. Das wiederum bedeutet, dass die Grenzschicht in einem Computermodell extrem fein aufgelöst werden muss, was wiederum implizite Verfahren notwendig macht.

Die neuen Materialien bedeuten nun, dass das Problem des Flatterns komplett neu bewertet werden muss, da die extrem langen Kunststoffflügel so noch nie da gewesen waren. Das Grundproblem ist in folgendem NASA-Video illustriert.

Was dort passiert ist eine nichtlineare Interaktion zwischen der Luft und der Struktur, bei der die große Energie die die Luft in die Struktur pumpt, zu Instabilitäten führt und wenn der Pilot nicht reagiert zum Zerbrechen des Flügels und entsprechend Absturz des Flugzeugs. Dieses Phänomen tritt bei jedem Flugzeug auf, und zwar ab einer gewissen kritischen Geschwindigkeit die in der Regel mit dem Prototypen ermittelt wird und ab dann für die Piloten tabu ist.

Grundproblem dabei ist, dass Tragflächen absichtlich nicht starr sind, sondern leicht biegsam, eben damit sie nicht brechen. Macht man die Sachen aber zu biegsam, gibt man Flattern Vorschub. Beim A380 hängen die Tragflächen vor dem Start etwas durch, nach dem Flug biegen sie sich mehrere Meter nach oben. Ich saß über der Tragfläche und das Durchbiegen nachoben hat die komplette Aussicht versperrt.

Als Flugzeughersteller möchte man natürlich beim Prototypen keine unangenehmen Überraschungen mehr erleben. Was? Wir haben Flattern schon beim Abflug? Entsprechend wird das ganze mittels numerischer Simulation vorab angeschaut. Und auch die wiederum musste beim A380 Neuland betreten. Sprich: Ich fands ziemlich cool als das Viech abgehoben ist, die Flügel sich megamässig durchgebogen haben und die Piloten das mit der Landung gut hinbekommen haben.

Auf dann, Samstag in ner 747 nach Westen!

Und sonst:
Creative Commons Lizenzvertrag
Birchlog von P. Birken steht unter einer Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Deutschland Lizenz.
Beruht auf einem Inhalt unter birchlog.blogspot.com.