Prof. Dr.-Ing. habil Cord-Christian Rossow

Der 1957 geborene Autor ist seit 2002 Leiter des Instituts für Aero­­dy­­namik und Strömungstechnik des Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum­­fahrt eV in Braun­schweig. Er hat in Braun­schweig und Toulouse Maschinen­bau, Fach­­rich­tung „Luft- und Raumfahrt“, stu­diert und habilitierte in Strö­mungs­mechanik. Seit 2002 ist er Professor für Aero­dynamik an der TU Braunschweig.

C2A2S2E – Eine Innovationspartnerschaft zur Luftfahrtforschung in Niedersachen

Die heutige Luftfahrt steht vor enormen Herausforderungen: Zum einen wird für die nächsten Jahre ein Wachs­­tum des Luftverkehrs von jährlich bis zu fünf Prozent vorhergesagt, das heißt eine Verdopplung in den nächsten 15 Jahren. Zum anderen haben sich die Treib­stoff­preise in­­nerhalb der letzten drei Jahre mehr als verdreifacht und die Schadstoff­emis­sio­­nen werden zukünftig in den Emis­­­sionshandel einbezogen. Um diese Herausforderungen anzunehmen, steckte das europaweite Gremium ACARE (Advisory Council for Aero­nautics Re­­search in Europe) äußerst anspruchsvolle Ziele für zukünftige Flugzeug­ent­wick­lun­gen: So sollen bei gleichzeitiger Hal­bierung des Ticket­preises Ab­­gase und wahrgenommener Lärm um mehr als 50 Prozent ge­­senkt werden. Weiterhin soll die Unfallrate um 80 Prozent sinken und der Flugverkehr weitgehend wetterunabhängig werden.

 

Solche Ziele können nicht mehr nur durch kontinuierliche Verbes­serun­gen her­­kömmlicher Technologien er­­reicht wer­­den, sondern erfordern so­­genannte Technologiesprünge. Als Ant­­wort auf die­se Herausforderungen formulierte die eu­­ropäische Luft­fahrt­­industrie daher die Vision des „Grünen Flug­zeugs“. Es soll zum einen die Umweltbe­lastungen deutlich vermindern, gleichzeitig soll aber auch die Transport­kapazität durch neuartige Systeme zur Luft­­verkehrs­steue­­r­ung und zum Luft­fahr­zeugbetrieb er­­heblich ausgeweitet werden.


Massive Anstrengungen von For­schung und Industrie werden erforderlich sein, um durch neue Technologien zur Strö­­mun­­­­gskontrolle oder durch völlig neuartige Flugzeugkonfigu­rationen Flug­zeuge mit den ge­­for­derten Eigen­schaften entwerfen und bauen zu können. Eines der we­­sent­­lichsten Ausle­gungs­merkmale eines Flug­zeuges hier­­­für ist die äußere Form, da sie den zum Fliegen not­­wendi­­gen Auf­trieb erzeugt. Allerdings geht damit auch die Entstehung eines Strö­­mungs­­wider­standes einher, der dann durch Trieb­­­werks­schub, und damit Treib­­stoffver­brauch, ausgeglichen werden muss. Man möchte daher beim Flugzeug­entwurf ho­­hen Auftrieb bei kleinstem Widerstand er­­­­reichen. Bisher fanden die dafür notwendigen aerodynamischen Unter­su­chun­­gen meist im Windkanal statt, wo­­bei ein erheblicher Zeit- und Kosten­­auf­­wand für den Bau der Wind­kanalmodelle und die Durchführung der Versuche auf­­zubringen war. In den letzten Jahren hat sich insbesondere aufgrund der enor­­men Fort­schritte im Bereich der Com­pu­ter­technologie die numerische Strö­mungs­­mechanik, das heißt die rech­­ner­­gestützte Simulation von Strö­mun­gen, als unverzichtbares Werk­­zeug ne­­ben Wind­­­­kanal und Flug­­ver­­such für die aero­­dynamische Aus­­le­­gung von Flug­zeugen etabliert.


Bei zukünftigen Flug­zeug­entwicklun­gen fällt der numerischen Simulation eine Schlüsselrolle zu, da sie bei voller Aus­­nutzung ih­­res Potenzials die Be­­herr­schung des Ent­wurfs­prozesses und der Produkt­op­ti­mierung bei drastischer Re­­­duk­tion der Ent­wicklungszeiten und -ri­­si­­­ken er­­möglicht.

 


Gegenwärtig sind numerische Simula­tionsrechnungen für komplette Flug­zeug­konfigurationen zwar schon Be­­standteil der täglichen In­­genieurs­ar­­beit im aerodynamischen Entwurf, aber die benötigte Zeit von Stunden bis zu Ta­­gen ist ein deutlicher Hemm­faktor: Je realitätsnäher eine Si­­mu­lation sein soll, desto mehr Rechen­leistung wird in der Regel benötigt. Um den zukünftigen tech­­nischen Her­ausforderungen in der Luftfahrt be­­geg­­nen zu können, ist es nun unverzichtbar, ein reales Flug­zeug einschließ­­­lich aller multidisziplinären Wechsel­wirkungen „im Rechner zu flie­­gen“ oder sämtliche entwicklungs- und zulassungsrelevanten Daten in­­ner­­halb kürzester Zeit mit garantierter Ge­­nauig­keit erstellen zu können.

Hierzu sind allerdings noch wesentliche Hürden im Bereich der Ent­wick­lung nu­­merischer Verfahren, der phy­­si­ka­li­schen Model­lierung, der Zusam­men­füh­rung der ver­schiedenen Flug­zeug­dis­zi­pli­nen, der Verfügbarkeit und Nutz­bar­ma­chung von adäquater Rech­­ner­hard­ware und der Einführung der numerischen Si­­mu­­lation in in­­dustrielle Prozesse zu neh­men. Dies erfordert ein kon­­zen­trier­tes, gemeinsames Vor­­­­gehen von In­­dustrie und For­­schung.

 


Mitte 2007 haben da­­her Air­bus, das DLR und das Land Nieder­sach­sen am For­schungs­flug­ha­fen in Braunschweig eine Innovations­partner­schaft zur Luft­­fahrtforschung in Nie­­der­sachsen initiiert. Im Rah­­men eines Pro­­jektes mit einem Um­­­fang von 30 Millionen Euro, dessen Finanzie­rung von den Partnern zu gleichen Tei­len ge­­tragen wird, wur­de im DLR un­­ter dem Namen C2A2S2E (Center for Computer Appli­cations in AeroSpace Science and Engineer­ing) ein Simu­lationszentrum für nu­­meri­sche flugphysikalische Si­­mu­­la­tion eröffnet. Auf­­­gabe dieses Zen­trums ist es, Pro­zes­­se, Methoden und nu­­merische Ver­fah­­ren so weit zu entwickeln, dass sie die genaue Si­­mu­la­tion eines fliegenden Flug­­zeugs im gesamten Flug­be­reich unter Berück­sich­tigung aller be­­teiligten Kern­­­dis­ziplinen im industriellen Entwick­lungs­­­­alltag ermög­li­chen. Fer­­ner sollen Stra­­­­tegien zur numerischen Vorhersage der Lasten und Flug­­leis­tun­gen vor dem Erstflug erarbeitet und Wege zur Zer­tifizierung vor der Flug­zeug­her­stel­lung auf Basis numerischer Da­­tensätze aufgezeigt werden. Ziel des ganzen Vor­ha­bens ist also die Her­­­stel­lung eines „Vir­­tuellen Flugzeuges“, das vor dem realen Erst­­flug bereits im Rech­­ner erprobt wur­de.

 

 


In C2A2S2E werden Wissenschaftler und Ingenieure auf langfristig gesicherten Arbeitsplätzen ihre For­schungs- und Entwicklungsarbeiten durchführen. Bis zu 30 neue, hoch spezialisier­te Ar­­beits­­plätze in den Bereichen Infor­­ma­tions­technologie und Luftfahrtfor­schung wer­­den hier eingerichtet be­­ziehungs­wei­­­se sind bereits entstanden. Unter­stützt wer­­­­den die Arbeiten durch den der­­zeit europaweit in der Luft­­fahrt­for­schung leis­­­tungs­stärks­­­­ten Höchst­­­leis­tungs­­rech­­ner. Zu­­dem wur­­de ein Cam­pus für in­­ternational re­­nom­mier­­te Ex­­per­ten und Wis­sen­­schaftler eingerichtet, der zu ei­­­nem An­­ziehungs­punkt mit glo­­­baler Wir­­kung ausgebaut werden soll.

 


Mit der Initiative C2A2S2E wur­­de ein wich­­­­tiger Bau­­stein ge­­schaffen, die eu­­ro­­päische Kom­­petenz auf dem Gebiet flugphy­­sikalischer Simu­la­tionen zu bün­­­­deln und die Techno­lo­gie „Virtueller Pro­­­­dukt­ent­wurf“ am Luft­fahrt­­standort Nie­­­­der­sach­sen nach­hal­tig zu etablieren. Da­­­mit wird die Region Nord­­deutsch­­­­­land auf eine technologisch welt­­weit kon­kur­­­renzfähige Ebe­ne ge­­hoben und Nie­­der­sach­sen profiliert sich als Zu­­kunfts­­­standort für die europäische Luft­­­­­fahrt­­­for­schung.


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