Mit dem Forschungsflieger ISTAR hat das DLR erstmals Wirbelschleppen von Linienmaschinen im Flugalltag vermessen, um präzisere Warnalgorithmen zu entwickeln.
In der zivilen Luftfahrt gehören sie zu den unsichtbaren Risiken des Himmels: Wirbelschleppen. Diese kraftvollen, gegenläufig rotierenden Luftwalzen entstehen zwangsläufig an den Tragflächenspitzen, sobald ein Flugzeug Auftrieb erzeugt. Sie sinken langsam hinter der Maschine ab und können, insbesondere hinter schweren Langstreckenjets, eine enorme Energie entwickeln. Gerät ein nachfolgendes Flugzeug in diese Turbulenzen, drohen heftige Rollbewegungen oder ein plötzlicher Höhenverlust. Um dies zu verhindern, setzen die Flugsicherungen weltweit auf strikte zeitliche und räumliche Abstände. Doch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geht nun einen entscheidenden Schritt weiter, um die Sicherheit durch Technologie statt durch bloße Pufferzeiten zu erhöhen.
Im Rahmen des Projekts WEAA (Wake Encounter Avoidance & Advisory) entwickeln DLR-Forscher ein vorausschauendes Warn- und Ausweichsystem, das Piloten nicht nur vor drohenden Einflügen warnt, sondern auch direkt Handlungsalternativen aufzeigt. Die technologische Hürde liegt dabei in der Datenanalyse: Da Wirbelschleppen unter normalen Bedingungen völlig unsichtbar sind, muss das System ihre Position und Intensität mathematisch vorhersagen. Das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre liefert hierfür die nötigen Modelle, die das Verhalten der Wirbel berechnen. Dass die Theorie in der kontrollierten Umgebung funktioniert, war bereits bekannt. Nun galt es jedoch, das System unter den unbeständigen Bedingungen des realen Linienflugverkehrs auf die Probe zu stellen.
Die Herausforderung bei der Vorhersage ist die Komplexität der Atmosphäre. Windverhältnisse, Temperaturgradienten und die Luftfeuchtigkeit beeinflussen massiv, wie schnell sich ein Wirbel auflöst oder wohin er driftet. Für eine verlässliche Warnung müssen Wetterdaten aus verschiedensten Quellen mit den Positionsdaten des eigenen Flugzeugs und denen des umgebenden Verkehrs fusioniert werden. Um die Präzision dieser Prognosen mathematisch zu verifizieren, benötigt man eine Art „Wahrheit“ – also die exakte reale Position des Wirbels zum Vergleich.
Um diese Daten zu gewinnen, verwandelten die DLR-Wissenschaftler das Forschungsflugzeug ISTAR in ein fliegendes Labor. Das Team suchte gezielt Situationen im oberen Luftraum, in denen die atmosphärischen Bedingungen die Bildung von Kondensstreifen begünstigten. Nur wenn diese Eiskristalle in die Wirbelzentren gesaugt werden, visualisieren sie den ansonsten verborgenen Luftstrom. In einer logistischen Meisterleistung koordinierte das DLR diese Flüge engmaschig mit der Flugsicherung und den Besatzungen der Linienmaschinen. In insgesamt fünf Versuchsflügen steuerte das ISTAR-Team die Forschungsmaschine 120 Mal direkt in die sichtbaren Schleppen der vorausfliegenden Verkehrsjets.
Dabei entstand ein riesiger Datensatz, der nun die Basis für die weitere Entwicklung bildet. Während der Flüge zeichneten Sensoren jede Reaktion des Flugzeugs auf, während das WEAA-System parallel seine Prognosen berechnete. Eine erste qualitative Auswertung noch in der Luft bestätigte, dass die Vorhersagemodelle bereits sehr nah an der Realität operieren. Jetzt folgt die Phase der systematischen quantitativen Datenanalyse. Die Forscher vergleichen dabei die berechneten Koordinaten der Wirbel sekündlich mit den tatsächlichen Einflugpunkten des ISTAR. Ziel ist es, die Fehlertoleranz so weit zu minimieren, dass das System reif für den Praxiseinsatz wird. Eine präzise Warnung könnte das Situationsbewusstsein im Cockpit deutlich erhöhen und so die Sicherheit im immer dichter werdenden Luftraum weiter steigern, ohne die Effizienz durch zu starre Abstandsregeln einzuschränken.
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