Experimentelle Untersuchung von Bodeninteraktion und Zerfall generischer Wirbelschleppen von Verkehrsflugzeugen mit Fokus auf Endanflug und Landevorgang

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sven Grundmann
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393159262

Das Verhalten von Wirbelschleppen großer Verkehrsflugzeuge im Endanflug und im Bereich des Aufsetzpunkts ist von ungebrochen großem Interesse für die Luftfahrtindustrie und in gleichem Maße für Flughafenbetreiber. Aktuelle Anstrengungen von Federal Aviation Administration (FAA) und Eurocontrol zielen darauf ab, ein modifiziertes Wake Vortex Advisory System (WVAS) zu entwerfen, um Kapazitätssteigerungen an Flughäfen zu erreichen, wobei die existierenden Sicherheitsstandards sichergestellt oder sogar übertroffen werden sollen. In diesem Zusammenhang wird im Rahmen des internationalen Projekts Re-Categorization (RECAT) daran gearbeitet, zu einer dynamischen, paarweisen Anflug-Separierung bis 2020 zu gelangen. Trotz langjähriger Anstrengungen besteht weiterhin großer Forschungsbedarf, um die komplexen drei-dimensionalen Vorgänge, gerade im Einflussbereich des Bodens, zu verstehen. Im Bericht des europäischen Verbunds WakeNET3 werden dazu Aufgabenbereiche klar formuliert, und diese ambitionierten Ziele zu erreichen. Als experimentelle Herausforderungen werden unter Anderem die Untersuchung von nicht-linearen Flugzeugtrajektorien genannt, sowie gekrümmte Wirbelverläufe und die Untersuchung des Wirbelverhaltens im Bodenbereich.Untersuchungen zu diesem Thema unter Berücksichtigung der Landung werden aktuell numerisch durchgeführt, sowie in großskaligen Feldversuchen unter Zuhilfenahme von Laser-optischen Messmethoden (LIDAR). Im Rahmen dieser Projekte werden ebenso Möglichkeiten untersucht durch Maßnahmen am Boden (Plate Lines) den Zerfall der Wirbelschleppen im Bereich der Landebahn zu beschleunigen. Vergleichbare skalierte, experimentelle Untersuchungen zum Zerfallsprozess von Wirbelschleppen unter Einbezug der Landung sind dabei zum Wissen des Antragstellers in der Literatur bisher nicht vertreten. Bisherige Untersuchungen zu Zwei-Wirbelsystemen in Bodennähe wurden im Horizontalflug durchgeführt. Insbesondere wurden die in diesem Zusammenhang auftretenden Endeffekte bewusst ausgeklammert.Das Ziel des beantragten Projekts ist es daher, weiterführende Erkenntnisse über die Zerfallsmechanismen von Wirbelschleppen landender Verkehrsflugzeuge unter Einfluss des Untergrunds im Experiment zu erzielen, sowie eine Vorhersage über die Fortschrittsgeschwindigkeit der auftretenden Instabilitäten treffen zu können. Hierzu ist eine möglichst realistische Nachbildung der Landung in die experimentelle Untersuchung einzubeziehen. Besonderes Augenmerk soll hierbei auf die Modelltrajektorie und den Verlauf des Auftriebsbeiwerts gelegt werden, was bedeutet, den Gleitpfad durch Annäherung an den Untergrund und damit den Auftriebsbeiwertanstieg durch den Bodeneffekt zu simulieren, sowie einen möglichst realistischen Abfangvorgang und Auftriebseinbruch nachzustellen. Im Ergebnis soll dies dazu beitragen, Verbesserungen bei der Modellierung, Simulation und der Vorhersage von Wirbelschleppen während und nach der Landung zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen