Ausstellung in der Bayerischen Akademie der Wissenschaften

Der neue Weg ins All

Modell des zweistufigen Flugsystems

03.12.2003, Pressemitteilungen

Ergebnisse des DFG-Sonderforschungsbereich "Transatmosphärische Flugsysteme" der Technischen Universität München ausgestellt

Ergebnisse des DFG-Sonderforschungsbereich "Transatmosphärische Flugsysteme" der Technischen Universität München ausgestellt

Wie die Raumfahrt in Zukunft aussehen könnte, zeigt eine Wanderaustellung der Deutschen Forschungsgemeinschaft, die vom 14. März bis 26. April 2003 in der Bayerischen Akademie der Wissenschaften zu sehen ist. Die Ausstellung in der Münchner Residenz (Marstallplatz 8) ist Dienstag bis Samstag von 11 bis 18 Uhr geöffnet. Sie stellt die Ergebnisse von drei DFG-Sonderforschungsbereichen (SFB) vor. Darunter ist der SFB 255 "Transatmosphärische Flugsysteme" der Technischen Universität München und der Universität der Bundeswehr München.

Im Mittelpunkt seiner Forschung steht eine neue Generation von Raumtransportern, die wie normale Flugzeuge starten und landen sollen. Eine Trägerstufe soll "huckepack" eine kleinere Orbitalstufe transportieren und sich bei so genannter Hyperschallgeschwindigkeit (mehr als fünffache Schallgeschwindigkeit) von ihr trennen. Ziel der Grundlagenarbeiten sind die volle Wiederverwendbarkeit der Systeme, eine starke Reduzierung der Kosten, eine erhebliche Steigerung der Flugsicherheit und Zuverlässigkeit sowie eine deutliche Verbesserung in der Umweltverträglichkeit.

Die Untersuchungen des Sonderforschungsbereichs 255, dessen Sprecher Prof. Dr. Gottfried Sachs, Ordinarius für Flugmechanik und Flugregelung der TU München, ist, finden in drei Projekten statt. Der Projektbereich Aerothermodynamik befasst sich mit Grundlagenuntersuchungen auf dem Gebiet der Strömungsvorgänge bei hohen Geschwindigkeiten. Dazu werden mit Hilfe numerischer Berechnungsverfahren Hyperschallströmungen simuliert. Ein weiteres wichtiges Arbeitsgebiet ist die Untersuchung der gegenseitigen Beeinflussung von Träger- und Orbitalstufe während des Trennvorgangs. Durch Interferenzeffekte in der Strömung zwischen den beiden Stufen können sich Kräfte gravierend ändern. Dabei muss eine Annäherung oder gar Kollision vermieden werden. Auch bei der Verbrennung von Brennstoff-Luft-Gemischen in Überschallflammen, wie sie für die Antriebssysteme nötig ist, können durch Strömungssimulation und experimentelle Untersuchungen wichtige Erkenntnisse gewonnen werden, die direkt in die Gestaltung des Triebwerks einfließen. Hierzu werden Untersuchungen durchgeführt, wie sich Brennstoff und Luft bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten mischen und wie sie möglichst effizient verbrannt werden können.

Die Erforschung von Triebwerken für den Hyperschallflug ist das Aufgabengebiet des Projektbereichs Antriebssysteme. Der enorme Schubbedarf und die hohe Fluggeschwindigkeit erfordern neuartige Antriebe, Staustrahltriebwerke genannt, da herkömmliche Flugtriebwerke bei derartigen Geschwindigkeiten keinen ausreichenden Schub mehr liefern bzw. gar nicht mehr betrieben werden können. Bedingt durch die hohen Temperaturen in solchen Triebwerken müssen auch spezielle Werkstoffe für die Wärmedämmung entwickelt werden. Hierzu fanden Untersuchungen an keramischen Werkstoffen statt, die zum Einsatz in Hyperschalltriebwerken geeignet sind.

Der Projektbereich Flugmechanik untersucht Probleme der Flugmechanik, Flugregelung und Flugführung im Hinblick auf die speziellen Gegebenheiten des Hyperschallfluges. Die Flugeigenschaften unterscheiden sich durch die schlanke Formgebung grundsätzlich von den Flugzeugen des konventionellen Geschwindigkeitsbereichs. Zur bestmöglichen Nutzung der Leistungsvermögen des Systems werden Optimalflugbahnen berechnet. Hierbei spielt außer dem Brennstoffverbrauch auch die thermische Belastung des Flugsystems bei hohen Geschwindigkeiten eine wichtige Rolle. Für die Behandlung dieser komplexen Probleme wurden spezielle mathematische Berechnungsmethoden entwickelt. Ein anderes wichtiges Thema ist die Flugsicherheit. Zur Erhöhung der Sicherheit wurden anhand von Notfallszenarien Missionsabbruchsstrategien erarbeitet, die eine sichere Rückkehr zum Ausgangsflughafen oder zu einem Notlandeplatz ermöglichen. Gegenstand der Forschungsarbeiten sind außerdem experimentelle Untersuchungen mit dem Flugsimulator. Die Stufentrennung im Hyperschallflug ist ein kritisches Flugmanöver, das besonders wichtig für den Missionserfolg ist. Die sichere Beherrschung dieses Flugmanövers ist daher ein Schwerpunkt in den Forschungsarbeiten.

Außer Ingenieuren sind auch Mathematiker am Sonderforschungsbereich beteiligt, aus deren interdisziplinärer Zusammenarbeit sehr positive Impulse resultieren. Von der TU München sind neben dem Sprecher des SFB Prof. Dr. Gottfried Sachs außerdem aus der Fakultät für Maschinenwesen als Teilprojektleiter beteiligt Dr. Christian Beitsamter, Prof. Dr. Rainer Friedrich, Prof. Dr. Hans-Peter Kau, Prof. Dr. Boris Laschka, Prof. Dr. Thomas Sattelmayer und aus der Fakultät für Mathematik Prof. Dr. Roland Bulirsch und Dr. Rainer Callies. Das von der Universität der Bundeswehr in München bearbeitete Teilprojekt leitet Prof. Dr. Werner Staudacher.

Aus dem SFB sind 84 Dissertationen, 5 Habilitationen und zahlreiche mit Preisen ausgezeichnete Arbeiten hervorgegangen. Vielfältige Kontakte und Kooperationen mit ausländischen Wissenschaftlern wurden aufgebaut. Höhepunkt dieser Kooperationen ist die Zusammenarbeit mit der NASA, die es ermöglicht hat, weltweit einzigartige Versuchseinrichtungen des NASA Dryden Flight Research Center in Edwards, Kalifornien, zu nutzen. Hierzu zählt das schnellste Flugzeug der Welt, die SR-71, die mehr als dreifache Schallgeschwindigkeit erreichen kann.

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Gottfried Sachs
Lehrstuhl für Flugmechanik und Flugregelung
Technische Universität München
Boltzmannstr. 15
D-85748 Garching
Telefon: +49 89 289-16061
Fax: +49 89 289-16058

Kontakt: Prof. Dr. Gottfried Sachs (sachs@lfm.mw.tum.de)