Bevor ein neues Flugzeug zum ersten Mal abhebt, hat es schon viele Starts, Reiseflüge und Landungen absolviert – als Computersimulation und als Modell im Windkanal. Doch wie arbeitet so ein Windkanal überhaupt genau?

Auch wenn numerische Strömungssimulationen immer besser werden, spielen Windkanäle nach wie vor eine wichtige Rolle in der Flugzeugentwicklung. Sie ermöglichen die aerodynamische und aeroakustische Untersuchung neuer Konzepte. Einer der ersten Windkanäle wurde 1871 in England gebaut. Heutzutage werden neben Flugzeugen auch Autos, Raumgleiter oder Hochhäuser auf ihren Luftwiderstand, ihren dynamischen Auftrieb oder Verformungen durch Aeroelastizität untersucht und vermessen.


Zwei Windkanalbauarten

Windkanäle bestehen aus einem oder mehreren Gebläsen, Gleichrichtern (zum Beispiel Umlenkschaufeln und Sieben), die für eine möglichst wirbelfreie Strömung sorgen, sowie einer Messstrecke, in der sich das Versuchsobjekt befindet. Man unterscheidet zwischen zwei Windkanalbauarten: dem Göttinger Kanal und dem Eiffeltyp. Der Eiffel-Windkanal (nach dem französischen Ingenieur und Architekten Gustave Eiffel) saugt die Versuchsluft aus der Umgebung an und bläst sie auch wieder ins Freie aus. Das Gebläse kann vor oder hinter der Messstrecke angebracht sein. Die Messstrecke selbst kann geschlossen oder offen sein. Eiffel-Kanäle sind relativ einfach aufgebaut und kostengünstig. Nachteilig sind der hohe Energieverbrauch, Einbußen bei der Strömungsqualität und die Wetterabhängigkeit.


Göttinger Art

Die meisten Windkanäle sind nach der Göttinger Art gebaut, die von dem deutschen Ingenieur Ludwig Prandtl entwickelt wurde. Wesentliches Merkmal ist die geschlossene Luftrückführung. Die Konstruktion ist teuer und aufwendig, dafür sind die Energieverluste gering und hohe Windgeschwindigkeiten möglich.In der Luftfahrtforschung werden meist maßstabsgetreue Modelle im Windkanal vermessen. Allerdings verhält sich die Strömung bei einem Modell anders als bei einem Objekt in tatsächlicher Größe.



ETW

Ein A380-Modell im ETW in Köln. Solche Modelle im Maßstab von etwa 1:30 kosten bis zu 3 Millionen Euro.

Europäischer Transsonischer Windkanal

Damit Erkenntnisse aus Windkanalversuchen übertragen werden können, müssen Original und Modell dieselbe Reynoldszahl aufweisen. Sie beschreibt das Verhältnis von Trägheits- zu Reibungskräften einer Strömung. Um die Strömung an das Modell anzupassen, wird der Druck des Strömungsmediums (beispielsweise Stickstoff) erhöht und die Temperatur im Windkanal gesenkt. Im Europäischen Transsonischen Windkanal (ETW) in Köln, einem der modernsten Windkanäle der Welt, wird zum Beispiel mit Temperaturen von bis zu minus 163 Grad Celsius und Drücken bis 4,5 bar gearbeitet, um eine Genauigkeit von 99 Prozent im Vergleich zum realen Flug zu erreichen.


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