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Wissen & Umwelt

Flugzeugtest im Windkanal

Bevor neue Flugzeugtypen in die Herstellung gehen, müssen sie sich intensiven Tests unterziehen. Das geschieht unter anderem im European Transonic Windtunnel in Köln.

Auch Dieter Schimanski muss sich erst einmal anmelden. Er nimmt den Hörer in die Hand, tippt ein paar Zahlen ein und schon hat er seinen Kollegen am anderen Ende der Leitung. "Ich komme jetzt rein", sagt er und wartet die Antwort seines Kollegen ab. "Ja, ist okay, gut." Schimanski hält seinen Ausweis vor die Sicherheitstür, und mit einem Klicken entriegelt sich der Mechanismus. Die Tür zum Windkanal ist offen.

Seit weit über 20 Jahren beschäftigt sich der Ingenieur mit Flugzeugen, Aerodynamik und Flugsicherheit. Doch Erfahrung zählt in manchen Fällen nichts, jetzt geht die Sicherheit vor. Denn in der großen Halle wird mit starkem Druck und Stickstoff gearbeitet. Ein U-Boot-ähnliches Gebilde mit massiven Wänden steht in der Halle. Ringsherum sind begehbare Wege angelegt. Gitterroste aus Stahl geben den Blick nach unten frei. Es ist laut.

Der U-Boot-ähnliche Bau scheint wie aufgestellt in der Luft zu schweben. Dieter Schimanski zeigt auf die massive Außenwand. "Das ist die Windkanalhülle, und das ist unser Druckkessel, der im Moment mit 2,5 Bar gasförmigem Stickstoff gefüllt ist", erklärt Schimanski. Noch sei man bei normaler Temperatur, doch man könne den Kanal auf minus 160 Grad Celsius herunterkühlen.

Der Druckkessel im Windkanal (Foto: Arne Lichtenberg/DW)

Zwölf Meter Durchmesser: der massive Druckkessel

Nur einer von zweien weltweit

Um realistische Flugbedingungen für die klein skalierten Modelle zu erreichen, muss man bei tiefen Temperaturen und hohen Drücken testen. Der European Transonic Windtunnel (ETW) in Köln ist neben einem Windkanal der NASA in den USA der einzige seiner Art. Flugzeughersteller aus aller Welt bauen ihre Modelle etwa im Maßstab 1:30 und liefern sie nach Köln.

Dieter Schimanski, Manager Tests und Operations bei der ETW (Foto: Arne Lichtenberg/DW)

Schimanski mit einem Flugzeugmodell im Maßstab 1:30

Die Modelle sehen wie etwas zu groß geratene Spielzeugflugzeuge aus. Für die riesigen Ausmaße des Windkanals aber erscheinen sie viel zu klein. Doch das hat alles seinen Grund. Um die bis zu 1400 km/h schnelle Strömung zu erreichen, die das Modell umgibt, wird die vom Antriebsverdichter verwirbelte Luft in einer großen Kammer beruhigt und mit einer Düse beschleunigt. So kommen die hohen Geschwindigkeiten zustande, erklärt Dieter Schimanski, der beim European Transonic Windtunnel für die Tests und deren Durchführung verantwortlich ist.

Im ETW-Testareal lässt sich ein Realflug sehr viel sicherer und kostengünstiger nachahmen, als wenn die Hersteller ein neues Flugzeug gleich in die Luft schicken würden.

Sicherheitsüberprüfungen und letzte Tests

Trockenluftanlage auf dem Gelände der ETW (Foto: Europäischer Transschall Windkanal GmbH (ETW))

Eine Trockenluftanlage verhindert, dass Feuchtigkeit in den Windkanal gerät

Dieter Schimanski hält seinen Mitarbeiterausweis an ein Lesegerät, eine Tür öffnet sich. Er verlässt die Halle, zeigt das weitläufige Gelände. Draußen scheint die Sonne. Das gesamte Testgelände liegt auf ziemlich freier Fläche - auch das der Sicherheit wegen. Im Falle eines Unfalls oder Austritts von Stickstoff wäre das Gelände leicht evakuierbar.

Dutzende Aluminiumrohre sind hier angebracht. Einige Rohre führen zurück in die Halle. Es handelt sich um die Trockenluftanlage. Sie sorgt dafür, dass keine feuchte Luft in den Windkanal gelangt und sich womöglich Feuchtigkeit auf den Flügeln der Modelle ablagert.

Dieter Schimanski wirft noch einmal einen letzten Blick über das Areal. Dann hört er ein Geräusch. Luft strömt in die Trockenluftanlage. "Da werden noch einmal alle Systeme gecheckt. Hier laufen jetzt zum Beispiel alle Gebläse", sagt er und nickt. Alles in Ordnung. Die Testvorbereitungen sind abgeschlossen. Der Ingenieur begibt sich in den Kontrollraum. Das Flugzeugmodell ist jetzt im Windkanal befestigt.

Flugzeugmodell beim Test im Windkanal (Köln (Foto: Europäischer Transschall Windkanal GmbH (ETW))

Kurven, Steigflug, Sinkflug - im Windkanal ist alles möglich

Härchen für die Aerodynamik

Das Testprozedere startet. Das Modell simuliert einen Steigflug nach dem Start. Wie beim richtigen Flug kann das Modell Kurvenflug simulieren und somit das Geschehen in der Luft realistisch nachahmen. Eigentlich ist das Flugzeug komplett einfarbig, doch am Flügel, an dem sich der Wind reibt, werden verschiedene Farben sichtbar.

"Wir benutzen temperatursensitive Farben, damit wir die Strömung sichtbar machen können", sagt Schimanski. Der Kunde könne dann genau erkennen, wie sich der Wind am Flügel verhält. Außerdem sind auf dem Flügel noch viele kleine Punkte aufgeklebt, an denen feine Härchen angebracht sind. Die Härchen bewegen sich ganz fein im Wind. Diese Tests seien vor allem für Starts und Landungen wichtig.

Härchen auf der Tragfläche eines Flugzeugmodells (Foto: Arne Lichtenberg/DW)

Feine Härchen auf der Tragfläche zeigen die Richtung des Windes an

Viel Wert wird auch auf die glatte Oberfläche gelegt. Sie ist von entscheidender Bedeutung für die Aerodynamik. "Unsere Modelle werden hochglanzpoliert, damit auch die Oberfläche der Großausführung entspricht. In unseren Modellen kann man sich spiegeln, man könnte sich sogar rasieren", schmunzelt Schimanski.

Vorbereitungen von bis zu einem Jahr

Doch nicht nur auf die Oberfläche wird das Augenmerk gelegt, auch an das Material des Flugzeugsmodells gibt es spezielle Anforderungen. Manchmal dauert es bis zu einem Jahr, bis das Modell fertig ist. Das meiste geschieht in Handarbeit. "Wir verwenden hier spezielles Material, denn es muss bei uns extrem hohe Kräfte aushalten. Wenn wir bei minus 160 Grad Celsius testen, darf das Material nicht spröde werden", stellt der Fachmann heraus.

Langsam geht der Testtag zu Ende. Getestet wird in der Regel ein paar Tage bis zu mehreren Wochen. Allein das Flugzeugmodell kostet rund eine halbe Million Euro. Doch der Aufwand lohnt, schon kleinste Verbesserungen am Testmodell können später zu großen Energie-Ersparnissen beim großen Flieger führen. Kleine Details, die Millionen ausmachen.

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