Windkanal TU Dresden

24.05.2017 Branchen-Trends

Rückblende Windkanal

Der Windkanal der TU Dresden blickt auf eine lange Geschichte zurück. Mit dem Bau der Passagiermaschine 152, das erste Strahlverkehrsflugzeug Deutschlands, wurde auch der Windkanal für Forschungen der Luftfahrtindustrie gebaut. Aufgrund fehlender wirtschaftlicher Effizienz wurde die Entwicklung des Flugzeugtyps nach ein paar Jahren eingestellt. Nach der Einstellung der Luftfahrtprojekte in Dresden, fand eine Neuausrichtung des Windkanals statt. Gebäude- und Fahrzeugaerodynamik war nun der Forschungsfokus. Mit der Gründung des Instituts für Luft- und Raumfahrttechnik wurde der Windkanal für den Luftfahrtbereich wiederbelebt.

Der Windkanal im Überblick

Bei dem Niedergeschwindigkeitskanal der TU Dresden handelt es sich um Windkanal mit einem geschlossenem Kreislauf. Ein geschlossener Windkanal wird auch als Göttinger Kanal bezeichnet.

Für eine bessere Zugänglichkeit der Modelle und Veranschaulichung der Messungen wurde für den Windkanal der TU Dresden eine offene Messstrecke realisiert. Besonders für die Lehre bietet die offene Messstrecke eine höhere Anschaulichkeit für die angehenden Ingenieure, als dies es bei einer geschlossenen Bauweise möglich ist.

Die technische Konstruktion des Windkanals berücksichtigt alle relevanten Szenarien, die abgedeckt werden sollen und überzeugt durch seine wirkungsvolle Bauweise.

Aus Stahlbeton sind, mit Ausnahme der Düsenenden und der Umlenkgitter, beispielsweise die Düsenvorkammer, die Diffusoren und die Krümmer gefertigt.

Der Antrieb im Windkanal der TU Dresden erfolgt durch zwei Gleichstrommotoren mit je 150 kW Dauerleistung. Eine Belastung von ca. 190 kW ist auch kurzzeitig möglich. Die zwei Laufräder des Windkanals sind siebenflügelig und fünfflügelig ausgebildet. Der Trafo, der mit dem örtlichen 20 kV Netz verbunden ist, deckt den Energiebedarf des Antriebs. Über die Gebläsedrehzahl wird die Regelung der Windgeschwindigkeit vorgenommen. Eine stufenlose Regelung der Drehzahl ist von annähernd Null bis zur Maximalleistung möglich. 

Der kreisrunde Düsenaustritt/Messquerschnitt des Niedergeschwindigkeitswindkanals besitzt einen Durchmesser von drei Meter. Mit der drei Meter Düse wird eine Geschwindigkeit von 40 m/s im Windkanal der TU Dresden erreicht. Für die Maximalgeschwindigkeit von 60 m/s wird die Düse ausgewechselt und eine zwei Meter Düse eingebaut.

Sportliche Nutzung im Windkanal

Eine Vielzahl von spannenden Projekten wird im Windkanal der TU Dresden realisiert. Die abgedeckten Bereiche reichen dabei von Luftfahrt über Sport bis hin zur Umweltaerodynamik. Ganz besonders im Sport sind große Erfahrungen der TU Dresden vorhanden. Nationalteams aus Europa nutzen den Windkanal für die Verbesserung ihrer Hightech-Sportgeräte. So werden im Windkanal Bobs auf ihre Aerodynamik getestet, auch andere Wintersportarten wie Eisschnelllauf oder Skeleton erhalten hier die Möglichkeit, den stationären Wind, der durch den Windkanal erzeugt wird, zu nutzen. Die Eisschnellläufer können im Windkanal der TU Dresden ihre Haltung zur verbessern und auch werden die Anzugstoffe auf ihre Aerodynamik getestet. Ebenso Rennräder für den Bahnradsport werden im Windkanal auf ihre „Schnittigkeit“ geprüft.

Auch für Trendsportarten wie das Indoor Skydiving werden Tests im TU Dresden Windkanal durchgeführt. Die Fluganzüge für Indoor Skydiving müssen spezielle Eigenschaften besitzen, damit das freie Fliegen möglich ist. Solche Anzüge sind aus einem besonders robusten Material gefertigt und werden im Windkanal der TU Dresden auf ihre Tauglichkeit überprüft und getestet.

Luftfahrtprojekte im Windkanal 

Gefahrensituationen in Flugzeugen, wie beispielsweise der Ausbruch eines Feuers, verlangt von dem verwendeten Material viel ab. Die verwendeten Werkstoffe und Bauteile müssen dem Feuer standhalten und einer Ausbreitung entgegenwirken, als auch einem Druckabfall, der während eines Feuers an Bord auftreten kann, entgegensteuern. Bei einem Druckabfall sorgen die Lining Panels, die Frachtraumverkleidung, zwischen Passagierraum und Frachtraum dafür, dass der Bereich in dem eine Beschädigung auftritt, freigegeben wird und es somit schnell genug zu einem Druckausgleich kommt. Hierdurch bleibt das Flugzeug steuerbar und ein Druckausgleich kann im Flieger stattfinden. Diese Funktion wird im Hochgeschwindigkeitswindkanal in Merkers/Thüringen an Originalstrukturen getestet. Erst nachdem bei diesen Versuchen alles einwandfrei funktioniert hat, wird es in die Realität umgesetzt. Im Windkanal in Merkers wird mit Hilfe einer 10.000 Hertz aufzeichnenden Hochgeschwindigkeitskamera der zu beobachtende Bereich erfasst und anschließend werden die Messergebnisse ausgewertet. Die Untersuchungen und Ergebnisse dienen der Flugzeugzulassung.

Der Hochgeschwindigkeitswindkanal in Merkers liegt in einer alten Kaligrube und wird von der Technischen Universität betrieben. Die großen luftdichten Hohlräume im Salzbergwerk Merkers werden als Druckspeicher verwendet, dadurch kann die benötigte Energie über längere Zeit verteilt aus dem Netz gezogen und während der Messung mit kurzzeitig sehr viel höherer Leistung freigesetzt werden. Die beiden verschiedenen Windkanäle ermöglichen der TU Dresden ein vielfältiges und umfassendes Leistungsspektrum.

Effizienz ist ein wichtiges Thema für die Luftfahrtindustrie, neben der Steigerung der Transportleistung und der Umweltverträglichkeit, wird vermehrt auf die Effizienzsteigerung der nächsten Flugzeuggeneration geachtet. Die TU Dresden hat hierzu im Niedergeschwindigkeitswindkanal die Beeinflussung von Auftriebs- und Widerstandkraft durch Pneumatische Mini-Trailing-Edge Devices (TED's) experimentell untersucht. Die MiniTED’s sind in geeigneter Weise angeordnete Ausblassschlitze, die an der Landeklappe-Hinterkante angebracht sind. Die MiniTED’s erhöhen den Auftrieb und ermöglichen steilere Anflüge, dadurch wird der Fluglärm gerade im Flughafenbereich reduziert. Die TU Dresden hat dazu das Absaugen eines Luftvolumenstroms an der Spoilerhinterkante betrachtet. Die Auswertung des Modellversuchs der TU Dresden zeigte, dass bei angelegter Strömung der Auftrieb mit Absaugung der Spoilerkante erhöht werden konnte und der Auftrieb gesteuert werden kann.

Der Bereich der Studentenprojekte im Windkanal ist vielfältig. Unter anderem wird den Studenten der Akademischen Fliegergruppe „Akaflieg“ die Möglichkeit gegeben, im Rahmen von Studien- und Diplomarbeiten interessanten aerodynamischen Fragestellungen aus der Segelfliegerei nachzugehen. Beispielsweise wurde die theoretische Vorüberlegung und experimentelle Überprüfung einer sensorischen Überziehwarneinrichtung bei Segelflugzeugen von den Studenten der TU Dresden im Windkanal und im Freiflug untersucht.

Neben Studien- und Diplomarbeiten ermöglicht der Lehrstuhl auch Aerodynamikpraktika für die Luft- und Raumfahrttechnik-Studenten, sowie Vorlesungen und Übungen zur Luftfahrzeugaerodynamik und Thermofluiddynamik.

Ausblick Windkanal

Viele spannende Projekte werden im Windkanal der TU Dresden umgesetzt. Auch Untersuchungen des Luftwiderstandes, dynamischen Auftriebs oder die Verformung der Objekte sind wesentliche Bestandteile des Leistungsspektrums des Windkanals der TU Dresden. Mit dem neu gebauten DLR Institut für Softwareforschung in Dresden werden sich vielleicht aus einer künftigen Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut Perspektiven für Windkanal-Projekte ergeben. 

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