Flugzeugentwicklung: Synergien nutzen und effizienter fliegen

Neuer Sonderforschungsbereich an der TU Braunschweig.

Um die Weichen für einen klimaneutralen Luftverkehr zu stellen, müssen neben den Antrieben auch die Flugzeuge selbst und ihre Komponenten optimiert werden. Durch einen hohen Grad von integrierten Funktionen und Bauteilen können Gewicht, Größe und Energieverbrauch gesenkt und gleichzeitig Leistung und Effizienz gesteigert werden.

Doch wie groß sind diese Effekte wirklich, welches Potenzial und welche Synergieeffekte ergeben sich bei hochintegrierten Transportflugzeugen? Diesen Fragen gehen Forschende im neuen Sonderforschungsbereich/Transregio-Projekt “Synergies of Highly Integrated Transport Aircraft” (SynTrac) nach.

SynTrac wird unter Federführung der Technischen Universität Braunschweig zusammen mit der Universität Stuttgart, der Leibniz Universität Hannover sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ab 1. Oktober 2023 zunächst für drei Jahre und neun Monate gefördert.

Vor dem Hintergrund des Pariser Klimaabkommens und des europäischen Green Deals, die eine Reduzierung des Energieverbrauchs von Flugzeugen um 50 Prozent bis 2035 fordern, suchen die Forschenden nach Wegen, um die Gesamteffizienz von Flugzeugen zu steigern. In zahlreichen Teilprojekten loten sie die Synergien und Potentiale einer hochintegrierten Flugzeugentwicklung aus. In einer multidisziplinären, systemübergreifenden Sicht auf den Entwicklungsprozess von Flugzeugen nutzen sie die Wechselwirkungen von Aerodynamik, Akustik, Flugphysik, Strukturmechanik und Thermodynamik, um durch innovative Ansätze zukünftige hocheffiziente Flugzeuge zu entwickeln.

Ein Schwerpunkt von SynTrac ist die Integration des Antriebs in die Flugzeugzelle, die neue Möglichkeiten zur systemübergreifenden Optimierung und Funktionsintegration bietet. Aus diesem hohen Grad der Integration ergibt sich eine hohe Komplexität, zum Beispiel beim Entwurf von Bauteilen und bei der Konstruktion. In disziplinübergreifenden Teams prüfen die Forschenden zunächst die wichtigsten voneinander abhängigen physikalischen Prozesse im Flugzeug, welchen Einfluss sie auf die Umwelt haben und wie gut sie sich integrieren lassen. In einem nächsten Schritt werden sie untersuchen, wie sich daraus durch diese Zusammenlegung oder Zusammenfassung von Funktionen neue Synergien ergeben können und wie groß schließlich der Synergieeffekt ist. Die Synergien werden etwa in der Flugzeugkonstruktion, der Akustik, der Aero- und Thermodynamik erwartet.

„Mit dem neuen Sonderforschungsbereich zur Luftfahrt bauen wir auf einer jahrelangen Zusammen-arbeit mit der Universität Stuttgart auf. Zwei Standorte der Luftfahrtforschung bündeln jetzt ihre Kräfte, um so Grundlagen für die Ausschöpfung bedeutender Potenziale zu schaffen, die für die Nachhaltig-keit in der Luftfahrt erforderlich sind“, sagt Prof. Sabine C.Langer, Sprecherin des Sonderforschungsbereiches.

„In SynTrac forschen wir an den Schnittstellen der Fachdisziplinen und Komponenten. Damit gewinnen wir nicht nur neue Erkenntnisse. Wir bilden auf diesem Wege eine neue Generation an Ingenieur*innen aus, die in der Lage sein werden, die damit verbundenen Potentiale in zukünftige Produkte umzusetzen“, sagt Prof. Stephan Staudacher, Co-Sprecher des Sonderforschungsbereiches.

Mit dieser integrativen Herangehensweise verändert sich vieles, allem voran braucht man neue Analyse- und Entwurfsmethoden und -werkzeuge, aber auch neue Formen der Zusammenarbeit zwischen Disziplinen. Bevor also Bauteile, Funktionen und Prozesse aufwendig optimiert werden, muss klar sein, wie stark die Synergieeffekte sind und wie stark damit die Effizienz und damit auch die Umweltverträglichkeit des Flugzeuges gesteigert werden kann. Zugleich wird bewertet, welche Auswirkungen die Synergien auf wichtige Prozesse und Funktionen wie aerodynamische Kopplungen, Flugdynamik, Handhabung und Steuerungszuordnung sowie die akustischen Signaturen haben.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Sabine Christine Langer
Technische Universität Braunschweig
Institut für Akustik
Langer Kamp 19
38106 Braunschweig
E-Mail: s.langer@tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/ina