400 Flugmanöver mit dem ISTAR bringen den Digitalen Zwilling nach vorne
Das Forschungsflugzeug ISTAR ist in den wissenschaftlichen Betrieb gestartet. Bei den Flügen des ISTAR (In-Flight Systems and Technologies Airborne Research) stehen die flugmechanischen und flugdynamischen Eigenschaften der umgebauten Dassault Falcon 2000LX im Mittelpunkt. Neuartige Sensoren messen, wie sich das Flugzeug bei speziellen Flugmanövern verhält. Mit den Ergebnissen entwickelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) den Digitalen Zwilling des ISTAR weiter und trägt dazu bei, Flugzeuge energieeffizienter auszulegen. Der Digitale Zwilling wird das exakte virtuelle Abbild des Luftfahrzeugs im Rechner.
Bild: DLR
Die Flugmanöver und Bodenversuche bringen Daten aus neuartigen Messtechniken mit modernsten Simulationswerkzeugen zusammen. „Mit dem Digitalen Zwilling sollen später virtuelle Flugversuche möglich sein“, erklärt Projektleiter Dr. Heiko von Geyr vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Braunschweig. Der ISTAR soll dabei nicht nur realitätsgetreu in einem Flugsimulator erprobt werden können. Ziel des Projekts HighFly (High Speed Inflight Validation) ist es, mehrere Prozesse zu kombinieren: „Das ermöglicht uns, die Strukturdeformation, die Strömung und die Beschleunigungen an jedem Punkt des ISTAR zu jedem Zeitpunkt vorherzusagen“, erklärt Heiko von Geyr. Bis die Forschenden das Flugzeugverhalten realitätsgetreu im Rechner abbilden können, müssen sie die Rechenmodelle mit Messergebnissen abgleichen und weiterentwickeln. „Erst dann können wir sagen, dass sich ein Luftfahrzeug am Rechner genauso verhält wie in der Realität.“
Der ISTAR hebt seit Ende Februar 2023 vom Flughafen am DLR-Standort Braunschweig zu Messflügen ab. Das Flugzeug wurde in der Vergangenheit für wissenschaftliche Zwecke umgebaut und für das Projekt vorbereitet. Fast 400 Manöver wurden bis jetzt bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, Höhen und Dynamiken in einem reservierten Luftraum in Mecklenburg-Vorpommern geflogen. Mit einem Digitalen Zwilling können die Forschenden in Zukunft neue Flugzeugentwürfe schon zu einem relativ frühen Zeitpunkt im Rechner testen und beurteilen, ob sich Veränderungen auf die Flugzeugeigenschaften und das Flugverhalten auswirken. Neben den virtuellen Flugversuchen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler langfristig auch die simulationsbasierte Zulassung im Blick. Diese könnte zeit- und kostenintensive Zulassungsverfahren in der Luftfahrt beschleunigen.
Projekt HighFly untersucht Veränderungen bei Flugmanövern
Um messen zu können, wie sich die Strömung an den Tragflächen bei verschiedenen Flugmanövern verändert und wie stark sich die Tragflächen im Flug verformen, haben die Forschenden die linke Tragfläche mit einer gepunkteten Folie beklebt. Aus der Nähe haben die Punkte teils eine runde, teils eine langgezogene Form. Für Kameras, die vom Innern des Flugzeugrumpfs in einem bestimmten Winkel auf die Tragfläche gerichtet sind, erscheinen alle Punkte gleich. Wenn sich die Tragflächen während des Fluges biegen, erfassen die Kameras die Lageänderung der Punkte. So wird die lokale Verformung des Tragflügels bestimmt.