Aktive Turbulenzunterdrückung für Flugzeuge – SmartWings

Atmosphärische Turbulenzen stellen für die Luftfahrt ein ungelöstes Problem dar, das Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Komfort beeinträchtigt. Aktuelle Bestrebungen, Turbulenzen genauer vorherzusagen und frühzeitig auszuweichen, führen zu höherem Treibstoffverbrauch und CO₂-Ausstoß sowie zu verringertem Verkehrsvolumen.

Landeanflug in atmosphärischer Turbulenz – Visualisierung der lokalen Verteilung von Auftrieb und Luftwiderstands

Ziel

Zukünftig soll es möglich sein, Turbulenzen direkt und zuverlässig zu durchfliegen. Dazu werden im Forschungsprojekt SmartWings an der TU Wien Methoden und Technologien untersucht, die Störeffekte von Turbulenzen, wie beispielsweise Vertikalbeschleunigungen, um mehr als 80% reduzieren können.

Disturbance acceleration of an aircraft in atmospheric turbulence without and with turbulence suppression

Lösungsansatz

Intelligente Flügelstrukturen, die Turbulenzen vor dem Flügel messen und aktiv ihre Form anpassen, können Störeffekte von Turbulenzen im Flug unterdrücken. Aus den Messdaten optimale Flugsteuerausgaben zu berechnen, ist eine besondere regelungstechnische Herausforderung. Sie wird durch eine Kombination modellbasierter Feedforward- und Feedbackregelung gelöst.

Hochdynamische Auftriebsregelung: Durch die Anwendung von direktem Auftrieb (Direct Lift Control) kann der Flügelauftrieb sehr schnell variiert werden. Dabei verhindert ein neuartiges  Steuerungsverfahren eine sekundäre Anstellwinkelschwingung und erhöht damit den erzielbaren Effekt des Auftriebes erheblich.

Phasenrichtige Kompensation: Durch den Einsatz antizipierender Sensorik, wie beispielsweise Druckmessungen vor dem Flügel oder Wind-LiDAR, ist es möglich systembedingte Zeitverzögerungen zu kompensieren und die Störungen präzise, im richtigen Moment zu kompensieren.

Adaptive Strukturen: Neuartige Materialien und Fertigungsmethoden ermöglichen den Einsatz adaptiver Flügelstrukturen (Morphing Wings), um die Flügelform ganz gezielt auf das externe Strömungsfeld anzupassen.

Publikationen

Zeitschriftenbeträge

• A. Galffy, R. Gaggl, R. Mühlbacher, D. Frank, J. Schlarp, and G. Schitter, Turbulence load prediction for manned and unmanned aircraft by means of anticipating differential pressure measurements, CEAS Aeronautical Journal, vol. 12, 2021.
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  @article{TUW-292332,
  author = {Galffy, Andras and Gaggl, Rainer and M{\"u}hlbacher, Robert and Frank, Daniel and Schlarp, Johannes and Schitter, Georg},
  title = {Turbulence load prediction for manned and unmanned aircraft by means of anticipating differential pressure measurements},
  journal = {CEAS Aeronautical Journal},
  year = {2021},
  volume = {12},
  doi = {10.1007/s13272-021-00512-y},
  keywords = {atmospheric turbulence, disturbance prediction, turbulence suppression, gust load alleviation}
  }

• A. Galffy, M. Böck, and A. Kugi, Nonlinear 3D path following control of a fixed-wing aircraft based on acceleration control, Control Engineering Practice, vol. 86, p. 56–69, 2019.
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  @article{TUW-278869,
  author = {Galffy, Andras and B{\"o}ck, Martin and Kugi, Andreas},
  title = {Nonlinear 3D path following control of a fixed-wing aircraft based on acceleration control},
  journal = {Control Engineering Practice},
  year = {2019},
  volume = {86},
  pages = {56--69},
  doi = {10.1016/j.conengprac.2019.03.006}
  }

Konferenzbeiträge

• A. Galffy, J. Schlarp, D. Frank, R. Mühlbacher, and G. Schitter, Turbulence prediction for aircraft by means of high-dynamic differential pressure measurements, in Proceedings of the Aerospace Europe Conference AEC2020, 2020.
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  @inproceedings{TUW-292322,
  author = {Galffy, Andras and Schlarp, Johannes and Frank, Daniel and M{\"u}hlbacher, Robert and Schitter, Georg},
  title = {Turbulence prediction for aircraft by means of high-dynamic differential pressure measurements},
  booktitle = {Proceedings of the Aerospace Europe Conference AEC2020},
  year = {2020},
  keywords = {atmospheric turbulence, disturbance prediction, turbulence suppression, gust load alleviation},
  note = {Vortrag: Aerospace Europe Conference AEC2020, Bordeaux, France; 2020-02-25 -- 2020-02-28}
  }

• A. Galffy, F. Car, and G. Schitter, Calibration and flight test of a 3D printed 5-hole probe for high-dynamic wind measurements for UAV, in Proceedings of the International Workshop on Research, Education and Development on Unmanned Aerial Systems, 2019.
  [BibTex] [Download]

  @inproceedings{TUW-282543,
  author = {Galffy, Andras and Car, Florian and Schitter, Georg},
  title = {Calibration and flight test of a 3D printed 5-hole probe for high-dynamic wind measurements for UAV},
  booktitle = {Proceedings of the International Workshop on Research, Education and Development on Unmanned Aerial Systems},
  year = {2019},
  numpages = {10},
  doi = {10.1109/REDUAS47371.2019.8999671},
  note = {Vortrag: International Workshop on Research, Education and Development on Unmanned Aerial Systems, Cranfield, United Kingdom; 2019-11-25 -- 2019-11-27}
  }

Projektpartner

Turbulence Solutions GmbH
T.I.P.S. Messtechnik GmbH
Actaron GmbH

Presse-Artikel

https://noe.orf.at/

https://www.sn.at/

https://diepresse.com/

https://www.krone.at/

Projektfinanzierung

gefördert im Programm Take Off vom Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit)