Prof. Rolf Henke: Luft- und Verkehrsforschung des DLR am Standort Niedersachsen

Cockpit des Forschungsflugzeug ATTAS, mit Sidestick (links) und frei programmierbaren Displays.

Cockpit des Forschungsflugzeug ATTAS, mit Sidestick (links) und frei programmierbaren Displays.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raum­­­­­­fahrt (DLR) betreibt neben der Grundlagen­­­­forschung vor allen Dingen anwendungsorientierte Luftfahrtforschung. Vorran­­giges Ziel der DLR-Luftfahrtforschung ist es, die Wettbewerbsfähigkeit der nationalen und der europäischen Luftfahrt­industrie und Luftverkehrswirtschaft zu stärken und den Anforderungen von Politik und Gesellschaft nachzukommen.

Das DLR stellt sich der Herausforderung, den stark wachsenden Luftverkehr effi­zient, umweltfreundlich und nachhaltig zu gestalten. Das Technologieportfolio des DLR orientiert sich an den Zielen des euro­­päischen Strategiepapiers „Flight­path 2050“, das die „Vision 2020“ im Jahr 2011 abgelöst hat. Das Strategie­papier formuliert die Herausforderungen, die gesellschaftlichen Bedürfnisse sowie die des Marktes zu erfüllen, die europäische indu­­strielle Spitzenposition zu erhalten und zu erweitern, die Umwelt zu schützen und die Energieversorgung weiter zu gewährleisten, die Sicherheit im Luftverkehr zu garantieren sowie Schwer­­­­punkte in der Forschung zu setzen, Einsatzmöglichkeiten zu prüfen und die Ausbildung zu optimieren. Hieraus ergeben sich unter anderem die Ziele, ein Air Traffic Management zu entwickeln, das für 25 Millionen Flüge pro Jahr in Europa geeignet ist, die Kohlendi­­oxid-Emissionen pro Passagierkilometer um 75 Prozent zu reduzieren (90 Prozent Reduktion der Stickoxid-Emissionen), die Unfälle im europäischen Luftverkehr auf weniger als einen Unfall pro zehn Millionen kommerzielle Flüge zu verringern sowie dass es 90 Prozent der Europäer möglich ist, ihr Ziel innerhalb von vier Stunden zu erreichen (door-to-door).

Zur Erreichung der europäischen Ziele er­­­­arbeitet das „Advisory Council for Avia­­tion Research and Innovation in Europe“ (ACARE) eine „Strategic Research and Innovation Agenda“ (SRIA), welche die bestehende „Strategic Research Agenda“ (SRA) 2012 ablösen wird. Die SRIA wird auch in die Luftfahrtstrategie des DLR einfließen.

Boeing 737-700 NG der Air Berlin bei Flugversuchen zu lärmarmen  Landeanflügen am Forschungsflughafen Braunschweig.

Boeing 737-700 NG der Air Berlin bei Flugversuchen zu lärmarmen
Landeanflügen am Forschungsflughafen Braunschweig.

Mit seinen bestehenden Luftfahrtinsti­­tuten ­– die größten Luftfahrt-Standorte sind in Braunschweig und Göttingen – der Beteiligung an den Deutsch-Nieder­­ländischen Windkanälen (DNW) und am Europäischen Transsonischen Windkanal (ETW) sowie seiner Flotte von Forschungs­­­flugzeugen und -hubschraubern besitzt das DLR die Fähigkeit, das gesamte Luft­­­­transportsystem zu betrachten. Die DLR-Forschung zu diesem Thema umfasst dabei die land- und luftseitigen Opera­­tionen am Flughafen, das Luftfahrzeug als hochkomplexes System und letztlich die Flugfüh­­rungsaktivitäten. An den niedersächsischen DLR-Standorten Göttingen und Braun­­schweig wird der größte Teil der Luftfahrt­forschung des DLR betrieben. In Stade wird momentan mit einem von zwei For­schungs­­zentren für Leichtbau­­produktions­­technologie (ZLP) ein weiterer DLR-Stand­­ort in Niedersachsen aufgebaut.

Windkanäle sind in der Forschung für leisere Flugzeuge oder Autos ein wichtiger Bestandteil, da mit ihrer Hilfe die aerodynamischen und aeroakustischen Eigen­­­­schaften der untersuchten Objekte vermessen werden können. Das ist wichtig, um Lärmquellen zu identifizieren oder Auf­­trieb und Stabilität zu messen. Im Dezember 2010 eröffnete das DLR am Standort Braun­­schweig gemeinsam mit dem DNW den leistungsfähigsten aeroakustischen Wind­­kanal der Welt, der so­­wohl für Luftfahr­zeuge als auch für Pkws eingesetzt werden kann. Bei modernen Verkehrsflugzeugen sind vor allem die dominanten Haupt­­quellen der Lärm­ent­­stehung, zum Beispiel das Triebwerk, aber auch die Landeklappen oder das ausgefahrene Fahrwerk bei der Landung, Gegenstand der Forschung. Bis jetzt konnten kleinere Lärmquellen, die in der Summe aber eine beträchtliche Bedeu­­tung haben, aufgrund des Eigen­lärms des Wind­­kanals nicht identifiziert werden. Mit dem neuen Braunschweiger Windkanal ist dies nun möglich: Störende Lärmquellen konnten direkt identifiziert und somit ausgeschlossen werden.

Flüge am Flugsimulator geben schon am Boden Auskunft über den späteren Einsatz des Flugzeugs. Das DLR plant darüber hinaus ein neues Simulatorzentrum in Braunschweig und geht damit einen wich­­tigen Schritt in Richtung Luftfahrtfor­schung der Zukunft. Dieses Gemein­schafts­­pro­­jekt des DLR und der Tech­ni­schen Univer­sität Braunschweig reiht sich in die bereits bestehende Infrastruktur ein und wird einzigartige Möglichkeiten in der Luft­­fahrtforschung schaffen. Hier trifft die Anwendungsforschung auf den Wissen­schafts­­bereich der Universitäten. Kern­thema des Zentrums ist die Erforschung der dynamischen Wechsel­wirkung zwischen Mensch und Maschine. Es sollen unter anderem auch kritische Situationen simuliert werden, Versuchs­kampagnen werden vorbereitet und Untersuchungen zur Trainingseffizienz finden statt. Die For­­­­schung zur Wirkung von Wirbel­­schlep­­pen, die im Flugverkehr von voranfliegenden Flugzeugen hervorgerufen werden und die Staffelungs­abstände und somit die Flug­­hafen­kapa­zitäten definieren, ist nur einer von vielen weiteren wichtigen Forschungs­­schwer­punkten. Des Weiteren zählen dazu Unter­suchungen aktiver Bedienelemente wie die Weiterentwicklung des so genannten Sidesticks, der erstmals von Airbus in der Verkehrsluftfahrt eingeführt wurde und der das konventionelle Steuerhorn beziehungsweise die Steuersäule eines Luftfahrzeugs ersetzt. Außerdem werden neuartige Cockpitanzeigen für Hub­schrau­­ber zur Verbesserung der Flugstabilität beim Transport hängender Außenlasten sowie die Allwetterfähigkeit und Landun­­gen bei schlechter Außensicht erprobt.

Der Niedergeschwindigkeits-Windkanal in Braunschweig (NWB).  Das Gebläse hat einen Durchmesser von 4,70 Metern.

Der Niedergeschwindigkeits-Windkanal in Braunschweig (NWB).
Das Gebläse hat einen Durchmesser von 4,70 Metern.

Geblaese_Windkanal_Credit_DNW

Das DLR führt viele seiner Projekte in Ko­­operation mit anderen Forschungs­­ein­­richtungen wie der NASA und mit indus­triellen Partnern wie Rolls Royce oder zahl­reichen Universitäten durch. So schlossen sich zur Erforschung leiserer Lande­anflüge das DLR, Air Berlin, die Deutsche Flugsicherung (DFS) und die Fraport AG zusammen, um an Möglich­­keiten zu forschen, die Gemeinden im Großraum Frank­furt von Fluglärm zu ent­­lasten. Bei ihren Versuchen ging es zum einen um die Verlagerung von Lärm und zum anderen um dessen Vermeidung. Unter Einsatz modernster Forschungs­inst­ru­­mente flogen die Partner unterschied­­liche Anflug­winkel und Anflugwege. Bei allen Anflügen kam das satellitengestützte Ground-Based Augmentation System (GBAS) zum Einsatz. Grundlage von GBAS ist GPS, bei dem Satelliten­signale die genaue Orts­be­stimmung eines GPS-Emp­­­fängers – in diesem Fall des Flugzeugs – ermöglichen. Ein System am Boden verbessert bei GBAS die Genau­igkeit der GPS-Ortung auf weniger als einen Meter. Hierdurch müssen die Piloten den Flug­­hafen nicht mehr in einem frühen Stadium der Landung in einer geraden Linie anfliegen, sondern können dank hoch­­präziser 3D-Wegpunkte davon ab­­weichen. Mit GBAS kann der Pilot aus ver­­schiedenen Anflugwinkeln auswählen und kann be­­sonders steile oder gekrümmte Anflug­routen fliegen.

Ebenfalls um Lärm­­vermeidung ging es bei Versuchen am Hubschrauber, die das DLR in Göttingen gemeinsam mit Forschern der NASA durchführte. Am Hubschrauber ent­­steht der Lärm hauptsächlich durch den Rotor. Der Rotor­­lärm stand im Mittel­punkt des Forschungs­­interesses – Hubschrau­­­ber sollen in Zukunft leiser sein.

TAMS (Total Airport Management Suite) zielt darauf ab, die Aktivitäten von Flughafenbetreibern, Fluggesell­schaften, Flugsicherung und den anderen am „System Flughafen“ beteiligten Parteien besser zu verzahnen und prozessbezogene Reibungsverluste wie Wartezeiten und Umweltbelastungen zu reduzieren.

TAMS (Total Airport Management Suite) zielt darauf ab, die Aktivitäten von Flughafenbetreibern, Fluggesell­schaften, Flugsicherung und den anderen am „System Flughafen“ beteiligten Parteien besser zu verzahnen und prozessbezogene Reibungsverluste wie Wartezeiten und Umweltbelastungen zu reduzieren.

Computersimulation von Wirbeln.

Computersimulation von Wirbeln.

Über das Flugzeug hinaus ist auch der Flug­­hafen von Interesse für die DLR-For­schung. Denn Flughafenprozesse effektiv zu managen gleicht einer logistischen Meister­­leistung: Immer mehr Passagiere und immer mehr Fracht möchten kosten­­günstig und zeitnah von einem Ort zum nächsten transportiert werden. Somit fun­­gieren die Drehkreuze am Boden nicht nur als Knotenpunkte im Lufttransport, sondern sie sind auch die zentrale Schnitt­stelle zu anderen Verkehrsträgern. Das „System Flughafen“ betrachten die DLR-Ver­kehrs­forscher in Braunschweig gemein­­sam mit Partnern aus der deutschen Luft­­fahrt­industrie und betreten damit Neu­­­­­­­land. Erstmals wird in einem praxis­­be­zogenen Forschungs­pro­jekt ein verkehrs­trägerüber­greifendes, land- und luftseitig ausgerichtetes Flughafen­ma­­na­­­ge­ment-System entwickelt werden. TAMS (Total Airport Manage­­ment Suite) zielt darauf ab, die Aktivitäten von Flughafen­betreibern, Flug­gesellschaften, Flug­­­si­cherung und den anderen am „System Flughafen“ beteiligten Parteien effektiver zu gestalten und prozessbezogene Rei­­bungsverluste wie Wartezeiten und Um­­welt­belastungen zu reduzieren. Unter­­su­­chungen an europäischen Flughäfen lassen auf ein großes Verbesserungspotenzial schließen, wenn sich alle am Flugbetrieb Beteiligten besser abstimmen. Nicht nur Kosten können redu­ziert werden, durch weniger Ver­spä­tungen und Wartezeiten kann auch die Umwelt spürbar entlastet werden. Zusätz­lich verbessert sich die Anschlusssicherheit der Passagiere. Das Projekt wird vom Bun­desministerium für Wirtschaft und Tech­nologie als Leuchtturmprojekt gefördert.

Rolf_HenkeDer Autor studierte Luft- und Raumfahrt­­technik an der TU Berlin. Er war über 20 Jahre in verschiedenen Positionen bei Airbus beschäftigt, bevor er 2006 seine Tätigkeit als Professor für Luft- und Raum­­fahrttechnik an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen aufnahm und dort das Institut für Luft- und Raum­­fahrt leitete. 2010 wechselte Prof. Henke zum Vorstand des DLR, wo er für den Bereich Luftfahrt zuständig ist.