Forscher arbeiten an völlig neuem Flugzeugkonzept

Am Institut für Mechanik und Mechatronik der TU Wien arbeitet ein Wissenschafterteam um Prof. Martin Kozek an der Entwicklung einer neuen Regelungstechnik, die die Steuerung von Flugzeugen erheblich verbessern soll.

Das Team forscht im Rahmen eines internationalen Großprojekts, das von der Europäischen Kommission initiiert wurde. Ziel dieses ambitionierten Projekts ist es, bis zum Jahr 2020 völlig neue Flugzeugtypen zu entwickeln, die angenehmeren Flugkomfort bieten, weniger Treibstoff verbrauchen und eine elektronisch optimierte Steuerung aufweisen.

Die Finanzierung des Projekts wird weitgehend von der EU beigesteuert, die tatsächliche Forschungs- und Entwicklungsarbeit wird aber von sogenannten Konsortialpartnern aus Industrie und Wissenschaft, darunter etwa EADS http://www.eads.com oder Airbus http://www.airbus.com durchgeführt.

Geht es nach den Vorgaben der Kommission, sollen die Flugzeuge 2020 nur noch die halbe Menge an CO2 ausstoßen als heutige Maschinen. „Ein Viertel des Treibstoffes soll direkt bei den Triebwerken eingespart werden, ein weiteres Viertel durch die technische Umgestaltung des Flugzeuges – und dazu gehört auch die Regelungstechnik im Bordcomputer“, erklärt Kozek. Mithilfe von komplizierten Algorithmen und virtuellen Simulationen werden derzeit an der TU die mathematisch-physikalischen Möglichkeiten dieser ausgereiften elektronischen Steuerung erörtert, erklärt Kozek im Gespräch mit pressetext. „Wir sind mit unserer Forschungsarbeit mittlerweile bei der Halbzeit angelangt. Am Ende des Projekts wollen wir ein fertiges mathematisches Modell für die neue Regelungstechnik an Bord des Flugzeugs der Zukunft vorstellen, das Sicherheit und höheren Flugkomfort mit sich bringt“, so Kozek.

Die Flugzeuge der Zukunft sollen nicht mehr wie bisher aus röhrenförmigem Rumpf und Flügeln bestehen, sondern in Form eines Dreiecks mit Flügeln aufgebaut sein. Der Passagierraum wandert sozusagen in die Flügel, während die Triebwerke am Heck angebracht werden sollen. Die Passagiere sitzen somit nicht mehr hintereinander, sondern in breiten Reihen, wie in einem großen Kinosaal. Das Fassungsvermögen der Flugzeuge könnte dadurch auf bis zu 450 Personen ausgeweitet werden. Durch diese gravierenden Umgestaltungen am Flugzeug sind mehrere technische Anpassungen notwendig, sowohl bei der Flugzeugsteuerung als auch beim Flugverhalten.

Früher waren die Steuerknüppel der Piloten mechanisch direkt mit den Rudern und Klappen des Flugzeuges verbunden. Bei modernen Flugzeugen hingegen dienen die Hebel aber nur als Eingabegerät für den Bordcomputer. Das neue Zauberwort für die moderne Flugzeugsteuerung lautet „Fly-by-wire“. Kozek erklärt dieses Konzept: „Der Pilot gibt nur noch Stellgrößen vor, der Computer reagiert darauf, indem er die Wünsche des Piloten in Bewegungen der Steuerklappen umrechnet.“ Befindet sich der Knüppel in Ruheposition, bedeute das demnach nicht, dass sich die Klappen nicht bewegen. Das Flugzeug behält trotzdem automatisch seine Richtung bei. Durch das von den Forschern an der TU entwickelte Regelungskonzept soll das Flugzeug künftig auch im Stande sein, Störungen in Form von Turbulenzen und Böen von selbst auszugleichen. Die elektronisch unterstützte Steuerung übersteige dabei das Leistungsvermögen von menschlichen Piloten bei weitem, heißt es.

Kozek und sein Team konnten zudem ein Regelsystem simulieren, das die starken Belastungen, die im Kurvenflug auf den Flügeln lasten, voll automatisch minimiert. Dadurch wird die mechanische Konstruktion des Flugzeugs weniger belastet, was die positive Folge hätte, dass im Flugzeugbau künftig leichtere Materialien zum Einsatz kommen könnten. Durch das geringere Gewicht der Maschinen wäre auch erheblich weniger an Treibstoff vonnöten.

„Durch die Schwingungsdämpfung werden die Flugzeuge nicht nur umweltfreundlicher, auch die Flugeigenschaften werden verbessert und die Haltbarkeit wird erhöht“, zeigt sich Kozek in Bezug auf die Umsetzung des Modells sehr optimistisch. Für die Passagiere würde die neue Steuertechnik auch einen angenehmen Nebeneffekt mit sich bringen. Durch die aktive Schwingungsdämpfung soll das Fliegen wesentlich angenehmer werden.