Untersuchung der Wirbeldynamik eines landenden Verkehrsflugzeugs zur Verringerung der Wirbelschleppenreichweite mit Hilfe von Störelementen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sven Grundmann; Dr. Frank Holzäpfel
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577935025

Das beantragte Forschungsprojekt untersucht den Zerfall von Wirbelschleppen großer Verkehrsflugzeuge bei der Landung, um die Sicherheit im Flugverkehr zu erhöhen und die Kapazität von Flughäfen zu verbessern. Wirbelschleppen entstehen durch den Auftrieb an Tragflächen und stellen insbesondere in Bodennähe ein Risiko für nachfolgende Flugzeuge dar, da sie starke Rollmomente induzieren können. Bisherige Studien haben gezeigt, dass sogenannte Plate Lines – quer zur Landebahn angebrachte Platten – den Zerfall dieser Wirbel beschleunigen und so die Lebensdauer der Wirbelschleppen verkürzen. Damit könnte der vorgeschriebene Mindestabstand zwischen landenden Maschinen reduziert werden, ohne die Sicherheit zu gefährden. Im Vorgängerprojekt wurden grundlegende Experimente im Wasserschleppkanal durchgeführt, die wichtige Erkenntnisse über den Wirbelabbau ohne und mit Bodeneinfluss lieferten. Der nun vorliegende Antrag baut darauf auf und kombiniert Laborexperimente, Feldmessungen sowie numerische Simulationen, um die Wirkung von Plate Lines systematisch zu erfassen. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei den Prozessen des Ground Linking – der Verbindung von Wirbeln mit dem Boden – sowie den sogenannten Endeffekten, die beim Abbau der Wirbel eine zentrale Rolle spielen. Konkret sollen im Schleppkanal Landungen im Maßstab nachgestellt werden, um mithilfe moderner Lasermesstechnik das zeitaufgelöste Geschwindigkeitsfeld der Wirbel mit und ohne Plate Lines zu erfassen. Parallel dazu werden umfangreiche numerische Simulationen sowohl im Modell- als auch im Realmaßstab (z. B. für A320-Flugzeuge am Flughafen Wien) durchgeführt. Ziel ist es, die Wechselwirkung von Plate Lines, Wirbeln und atmosphärischen Einflüssen wie Turbulenz realistisch abzubilden. Durch den Vergleich von Experiment, Feldmessungen (Messkampagne am internationalen Flughafen Wien) und Simulation soll ein tiefgehendes physikalisches Verständnis der Wirbelprozesse entstehen. Die Ergebnisse fließen in ein probabilistisches Vorhersagemodell ein, das die Wirbelentwicklung unter verschiedenen Randbedingungen realitätsnah beschreibt. Dieses Modell erlaubt es, das Sicherheitsrisiko für nachfolgende Flugzeuge sowie neuartige Luftfahrzeuge wie Flugtaxis oder Drohnen zu bewerten und zukünftig Empfehlungen für den optimalen Einsatz von Plate Lines an Flughäfen abzuleiten. Langfristig eröffnet das Projekt die Möglichkeit, die Staffelungsabstände zwischen Flugzeugen im Endanflug um bis zu 20 % zu reduzieren, was die Kapazität stark belasteter Flughäfen erhöhen würde. Gleichzeitig trägt es dazu bei, das Sicherheitsniveau weiter zu verbessern, indem kritische Wirbelkonstellationen frühzeitig abgeschwächt oder ganz vermieden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen