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 Big Data in der Logistik: Warum werden Daten für ein intelligentes Transportwesen immer wichtiger?
06.12.2019 | Deutscher Medien Verlag GmbH

nachricht Seenotretter testen über der Ostsee erfolgreich unbemanntes Luftfahrtsystem für Seenotfälle
22.11.2019 | Technische Universität Dortmund

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: Cheers! Maxwell's electromagnetism extended to smaller scales

More than one hundred and fifty years have passed since the publication of James Clerk Maxwell's "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" (1865). What would our lives be without this publication?

It is difficult to imagine, as this treatise revolutionized our fundamental understanding of electric fields, magnetic fields, and light. The twenty original...

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Im Focus: Highly charged ion paves the way towards new physics

In a joint experimental and theoretical work performed at the Heidelberg Max Planck Institute for Nuclear Physics, an international team of physicists detected for the first time an orbital crossing in the highly charged ion Pr⁹⁺. Optical spectra were recorded employing an electron beam ion trap and analysed with the aid of atomic structure calculations. A proposed nHz-wide transition has been identified and its energy was determined with high precision. Theory predicts a very high sensitivity to new physics and extremely low susceptibility to external perturbations for this “clock line” making it a unique candidate for proposed precision studies.

Laser spectroscopy of neutral atoms and singly charged ions has reached astonishing precision by merit of a chain of technological advances during the past...

Im Focus: Ultrafast stimulated emission microscopy of single nanocrystals in Science

The ability to investigate the dynamics of single particle at the nano-scale and femtosecond level remained an unfathomed dream for years. It was not until the dawn of the 21st century that nanotechnology and femtoscience gradually merged together and the first ultrafast microscopy of individual quantum dots (QDs) and molecules was accomplished.

Ultrafast microscopy studies entirely rely on detecting nanoparticles or single molecules with luminescence techniques, which require efficient emitters to...

Im Focus: Wie Graphen-Nanostrukturen magnetisch werden

Graphen, eine zweidimensionale Struktur aus Kohlenstoff, ist ein Material mit hervorragenden mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften. Doch für magnetische Anwendungen schien es bislang nicht nutzbar. Forschern der Empa ist es gemeinsam mit internationalen Partnern nun gelungen, ein in den 1970er Jahren vorhergesagtes Molekül zu synthetisieren, welches beweist, dass Graphen-Nanostrukturen in ganz bestimmten Formen magnetische Eigenschaften aufweisen, die künftige spintronische Anwendungen erlauben könnten. Die Ergebnisse sind eben im renommierten Fachmagazin Nature Nanotechnology erschienen.

Graphen-Nanostrukturen (auch Nanographene genannt) können, je nach Form und Ausrichtung der Ränder, ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen - zum Beispiel...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Hefe-Spezies in Braunschweig entdeckt

12.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Humane Papillomviren programmieren ihre Wirtszellen um und begünstigen so die Hautkrebsentstehung

12.12.2019 | Medizin Gesundheit

Urbane Gärten: Wie Agrarschädlinge von Städten profitieren

12.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics