Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hubschrauberflüge unter Extrembedingungen simulieren

27.12.2016

Einsätze auf See, im Gebirge oder in der Nähe hoher Gebäude sind für Hubschrauberpiloten extrem riskant: Luftwirbel, die hinter Bohrinseln, Schiffen, Felswänden und Häusern entstehen, können den Helikopter aus dem Gleichgewicht und zum Absturz bringen. Damit sich Piloten auf diese schwierigen Situationen optimal vorbereiten können, entwickeln Ingenieure der Technischen Universität München (TUM) ein neues Simulationsprogramm.

Hubschrauberpiloten optimal auf Extremsituationen vorbereiten: Dieses Ziel verfolgen Forscher vom Lehrstuhl für Hubschraubertechnologie mit ihrem neu entwickelten Simulationsprogramm. Erstmals werden dabei Strömungsmechanik und Flugdynamik kombiniert und in Echtzeit ausgewertet. "Bisher können Flugsimulatoren die Realität bei Flügen in der Nähe von Großobjekten nur unzureichend wiedergeben", erklärt Dr. Jürgen Rauleder. "Das Problem: Die derzeitigen Programme folgen, was die Windverhältnisse und die Reaktionen des Hubschraubers betrifft, einem starren Muster. Zeitliche und örtliche Variationen können daher nicht berücksichtigt werden – wenn nicht schon vorab die gesamte Strömungsumgebung bekannt ist."


Simulation einer Landung auf dem Schiffsdeck.

Credit: Lehrstuhl für Hubschraubertechnologie / TUM

Doch gerade die unvorhergesehenen Luftströmungen sind tückisch: Ein fahrendes Schiff beispielsweise erzeugt Luftverwirbelungen und starke lokale Geschwindigkeitsschwankungen, in der Fachsprache "Schiffsnachlaufströmung" genannt. Diese verändert sich ständig durch den Seegang und wechselnde Anströmverhältnisse. Dazu kommen in der Nähe des Decks Turbulenzen, die Schiffsbrücke und andere Aufbauten erzeugen. Nähert sich ein Hubschrauber dem Schiff, so werden die verschiedenen Luftbewegungen auch noch überlagert von der Strömung, welche die Rotoren erzeugen. Ähnlich kompliziert sind die Verhältnisse in der Nähe eines Berghangs oder neben hohen Gebäuden. In jedem Fall beeinflusst eine komplexe, interagierende Aerodynamik die Flugeigenschaften des Helikopters.

Stress für Mensch und Material

Diese zu beherrschen erfordert viel Geschick und Übung. Beides lässt sich derzeit nur durch viel "Training-on-the-Job" erwerben. Um beispielsweise zu lernen, wie man auf einem schwankenden Schiff landet, muss ein Flugschüler die knifflige Situation dutzende Male zusammen mit einem erfahrenen Fluglehrer durchexerzieren. Nur so kann der angehende Pilot die Erfahrung sammeln, die notwendig ist, um das komplexe Wechselspiel der Strömungen auszugleichen, indem er im richtigen Moment den Anstellwinkel der Rotorblätter verändert.

"Das klassische Training ist teuer, risikoreich und für die angehenden Piloten sehr anstrengend. Außerdem wird das Material stark belastet: Weil die ersten Landungen meist recht hart sind, verursachen sie einen hohen Verschleiß bei Dämpfungselementen und Landewerk", erklärt Rauleder.

Strömungsfelder und Flugdynamik unter einem Dach

Sein Team hat jetzt ein Simulationsprogramm entwickelt, das Strömungsmechanik und Flugdynamik in Echtzeit verbindet: "Das numerische Modell ist extrem flexibel und nicht an hinterlegte Strömungsdaten gebunden. Wir müssen nur die äußeren Rahmenbedingungen wie beispielsweise die Topographie, die globalen Windgeschwindigkeiten und den Hubschraubertyp vorgeben. Aus diesen Angaben berechnen dann unsere Algorithmen während der Simulation permanent das interagierende Strömungsfeld für den Ort, an dem sich der virtuelle Helikopter gerade befindet", erläutert der Ingenieur.

Das neue Programm sorgt auch dafür, dass der Pilot sofort "spürt", wie sich die lokalen Luftströmungen auf den Hubschrauber auswirken. So kann er ohne Stress ausprobieren, welche Auswirkungen seine Steuerbewegungen haben – eine ideale Vorbereitung auf eine weiche und materialschonende Landung. Das Potenzial dieser Methode stieß international auf großes Interesse und wird unter anderem vom U.S. Office of Naval Research als Grundlagenforschung unterstützt.

Der Härtetest für Flugsimulatoren: die Realität

Die neue Echtzeitsimulation haben die TUM-Forscher erfolgreich mit etablierten Referenzmodellen validiert. Was jetzt noch fehlt, ist der Härtetest: der Abgleich mit der Realität. Um herauszufinden, ob die virtuellen Modelle tatsächlich die Bedingungen auf See widerspiegeln, kooperieren die Ingenieure mit Forschern an der U.S. Naval Academy, der George Washington University und der University of Maryland.

Die Spezialisten in Washington haben mit Hilfe hunderter Sensoren die Luftströmungen auf einem Schiff vermessen. Zum Abgleich der Flugdynamik verwendet das TUM-Team außerdem Daten des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR), die während Flugtests ermittelt wurden. "Die Validierung der Modelle und die Erprobung der Simulationsumgebung durch erfahrene Piloten in unserem Forschungssimulator ist für unsere Entwicklungen enorm wichtig", betont Rauleder. "Nur so können wir sicherstellen, dass das Training im Simulator die angehenden Piloten optimal auf schwierige Einsätze vorbereitet."

Bilder und Animation zum Download: https://mediatum.ub.tum.de/1341830

Publikation:

J. Bludau, J. Rauleder, L. Friedmann, M. Hajek: Real-Time Simulation of Rotor Inflow using a Coupled Flight Dynamics and Fluid Dynamics Simulation, Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016, Braunschweig

Kontakt:

Technische Universität München
Dr.-Ing. Jürgen Rauleder
Tel.: +49 (0)89 / 289-16303
juergen.rauleder@tum.de

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verkehr Logistik:

nachricht Autonomes Fahren – und dann?
22.11.2017 | Universität Paderborn

nachricht Urbane Logistik der Zukunft
06.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verkehr Logistik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bakterien als Schrittmacher des Darms

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ozeanversauerung schädigt Miesmuscheln im Frühstadium

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die gefrorenen Küsten der Arktis: Ein Lebensraum schmilzt davon

22.11.2017 | Geowissenschaften