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Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA)

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Messung von Radikalen in der Atmosphärenluft mit dem Forschungsflugzeug Halo

Zur Messung von in der Luft befindlichen Radikalen soll das neue Forschungsflugzeug HALO mit entsprechenden Messgeräten ausgestattet werden.

HALO-FlugzeugHALO High Altitude and LOng Range Research Aircraft (http://www.halo.dlr.de/)
Quelle: DLR

Sowohl das Jülicher ICG-2 als auch das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz verwenden die Methode der laserinduzierten Fluoreszenz (LIF), um den Anteil der Radikale in der Atmosphärenluft zu ermitteln.

Im Zentralinstitut Technologie (ZAT) wird ein Einlasssystem für HALO entwickelt, das für die Instrumente beider Institute geeignet ist. Das Einlasssystem besteht aus zwei Lufteinlässen, die ca. 30 cm aus dem Rumpf herausragen. Einlasssystem mit Einbausituation

Einlasssystem für Forschungsflugzeug HALOEinlasssystem mit Einbausituation

Bestimmend für die Konstruktion ist der schlimmste Lastfall - die Kollision mit einem 1,8 kg schweren Vogel bei knapp 500 km/h. Die beim Aufprall entstehenden Kräfte können im ungünstigsten Fall bis zu 150 kN (15 Tonnen) betragen. Durch geeignete Konstruktion können diese Belastungen deutlich reduziert werden.

Mit Hilfe von Simulationsrechnungen des ZAT wurde der Einlass soweit optimiert, dass er den Vogelschlag überstehen kann, ohne dass wesentliche Teile abreißen. Die Kräfte, die dabei auf die Flugzeughülle wirken, wurden minimiert.

Eine Herausforderung stellen die Engstellen im Einlass dar, durch die die einströmende Luft abgebremst wird. Damit der Vogel hier bei einem Aufprall nicht stecken bleibt, klappen diese Engstellen bei zu hoher Belastung nach hinten weg. Die hohe Energie des Klapphebels wird dabei durch einen speziellen Stoßdämpfer absorbiert.

Basierend auf den Simulationsergebnissen wurde der Einlass im ZAT konstruiert und hergestellt. Im Rahmen des Zulassungsverfahrens wurde dieser Einlass mit einem "Vogel" aus Gelatine beim DLR in Stuttgart beschossen. Das Ergebnis war beeindruckend: Der reale Einlass verhielt sich im Beschussversuch exakt so, wie anhand der Simulationen vorhergesagt (vgl. Videos). Ein wesentlicher Schritt zur Flugzulassung ist damit getan. 

 

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Die folgende Simulation zeigt zuerst die berechnete Kollision des Vogels mit dem Einlass und die Funktion des Klapphebels (hier noch ohne Stoßdämpfer) und anschließend den Aufprall des Klapphebels auf den Stoßdämpfer und die dabei auftretende Beanspruchung im Klapphebel (rot = hohe Beanspruchung,
blau = geringe Beanspruchung).

 

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Das folgende Video zeigt den Beschussversuch. Es ist von einer Hochgeschwindigkeitskamera
mit 10.000 Bildern pro Sekunde aufgenommen worden:

Kontaktadressen:


Dipl.-Ing Knut Dahlhoff, ZAT,
02461 61-1504 k.dahlhoff@fz-juelich.de
Dr.-Ing Jörg Wolters, ZAT,
02461 61-5674 j.wolters@fz-juelich.de


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