Plasma

Mit Hochspannung zur klugen Oberfläche

Plasma verringert Strömungswiderstände an Flugzeugen

Plasma – der vierte Zustand der Materie. Mit Hilfe von Hochspannung lässt sich Luft ionisieren und in einen hochenergetischen Zustand versetzen. Wie man damit Strömungen an Oberflächen beeinflussen und dadurch den Reibungswiderstand von Flugobjekten reduzieren kann, damit beschäftigt sich eine Forschergruppe am Center of Smart Interfaces der TU Darmstadt.

versuchsflugzeug
Unbemanntes Versuchsflugzeug.

Im Rhein-Main-Gebiet erleben Anwohner täglich eine enorme Lärmbelastung durch den Frankfurter Flughafen, ein Problem, dass alle Regionen in der Nähe eines Großflughafens kennen. Moderne Flugzeuge und verbesserte Technik erlauben heute Starts und Landungen in einem viel steileren Winkel, als das früher möglich war, wodurch sich die lärmbelastete Zone verkleinert. Dennoch gibt es eine technische Begrenzung für den Anflugwinkel, den sogenannten Strömungsabriss. In diesem Moment verliert ein Flugzeug teilweise oder ganz seinen Auftrieb, es kann nicht mehr fliegen.

Technisch gesehen löst sich dabei die so genannte Grenzschicht von der Tragfläche. Diese Grenzgebiete bilden sich immer dann aus, wenn ein fester Körper in einem Fluid bewegt wird. Im Bereich Drag and Circulation Control des CSI werden zur Beeinflussung der Grenzschicht Plasma-Aktuatoren verwendet, also Vorrichtungen, die in der Lage sind, ein Plasma zu erzeugen. Ihre speziellen Eigenschaften, wie ihre Fähigkeit einen Impuls in die Grenzschicht ohne bewegte mechanische Teile einzubringen oder der geringe Einbauraum, machen sie zu einem idealen Werkzeug für diese Aufgabe.

plasmaaktuator
Prinzipskizze Plasma-Aktuator.

An den Tragflächen eines unbemannten Versuchsflugzeugs wurden nun Plasma-Aktuatoren eingesetzt, die direkt Energie in die Grenzschichten einkoppeln. Dadurch konnte bei niedrigen Geschwindigkeiten bereits der Strömungsabriss erfolgreich zu steileren Anstellwinkeln verschoben werden,

In der Praxis könnten damit Flugzeuge z.B. mit geringerer Geschwindigkeit starten und landen, und so Start- und Landestrecken und die Lärmbelastung reduziert werden.

Das ferngesteuerte Versuchsflugzeug dient als Plattform für Experimente unter Freiflugbedingungen, die im Windkanal nicht reproduzierbar sind. Zudem steht am Institut ein mit modernster Messtechnik ausgestatteter zweisitziger Motorsegler zur Verfügung.

Daneben werden noch Experimente im trisonischen Windkanal der TU Darmstadt durchgeführt, um festzustellen bei welchen Geschwindigkeiten noch eine brauchbare Strömungskontrolle erzielt werden kann.

Zum Thema:

Der vollständige Artikel aus forschen 2009/02

Ausgabe forschen 2009/02

Center of Smart Interfaces

Plasma-Aktuatoren haben das Potential, das Gebiet der Strömungskontrolle zu revolutionieren. Zur weltweiten Forschung in diesem Gebiet tragen dabei auch die Projekte an der TU Darmstadt bei.