Passagier*innen im ruhigen Flug

Turbulenzen beim Fliegen könnten in Zukunft passé sein

© Getty Images / R9_RoNaLdO/istockphoto/futurezone

Science

Fliegen ohne Turbulenzen: Neue Technologie wird marktreif

Der Flug von Wien nach Frankfurt verläuft ruhig. Doch plötzlich beginnt das Flugzeug heftig zu ruckeln – die Anschnallzeichen leuchten auf. Das Rütteln wird immer heftiger – Sekunden später gelangt die Maschine in ein Luftloch und sackt abrupt ab. Ein unangenehmes Szenario, das viele Menschen schon erlebt haben.

Gefährlich können starke Turbulenzen und Luftlöcher generell nur dann sein, wenn Passagier*innen oder Crew nicht angeschnallt sind und das Flugzeug weit durchsackt. In der Regel sind sie ungefährlich. Jedoch verringern sie den Komfort und das Sicherheitsgefühl der Fluggäste. Besonders für jene mit Flugangst sind schon die kleinsten Unruhen eine Qual.

Turbulenzen erkennen

Forscher*innen der TU Wien rund um András Gálffy wollen dieses Problem mindern. 2019 haben sie eine innovative Lösung namens Turbulence Cancelling entwickelt, welche Flugzeuge in turbulenter Luft stabilisiert. Nun hat das von Gálffy gegründete Unternehmen Turbulence Solutions die Technologie zur Serienreife gebracht.

András Gálffy, Forscher und Gründer von Turbulence Solutions

Für ruckelfreie Flüge sorgen an der Maschine angebrachte Sensoren. Sie messen etwa den Luftdruck. „Sie erkennen Turbulenzen, noch bevor sie auf die Flügel treffen“, erklärt Gálffy der futurezone. Erreicht die Maschine Sekunden später diesen Flugraum, können Störungen mithilfe der auf den Sensoren basierten Regelungstechnik im richtigen Moment ausgeglichen werden. 

Um 80 Prozent ruhiger

Die Technologie sorgt konkret dafür, dass die eingebauten Flügelklappen rechtzeitig in die richtige Position gebracht werden und der Auftrieb erhöht oder gesenkt wird. „Störungen, die von außen einwirken, werden  gegengleich erzeugt. Auch Vögel gleichen Turbulenzen mit ihren Flügeln aus“, sagt der Forscher und Pilot. Die Technologie sei am besten mit geräuschunterdrückenden Kopfhörern mit Noise Cancelling vergleichbar. Werden beim Musikhören Geräusche im Hintergrund  lauter, kann die Lautstärke der Musik angepasst und der Störschall eliminiert werden. 

Simulationen haben gezeigt, dass die Auswirkungen von Turbulenzen auf Flugzeuge mit der Lösung  um 80 Prozent reduziert werden können. Im Prinzip sei es auch möglich, mit diesem Verfahren starke Luftlöcher auszugleichen. Im Fokus sei vorerst aber, dass das  System bei Turbulenzen ausfallsicher ist. 

Wirtschaftliche Vorteile

Die Technologie verspricht nicht nur Flugpassagier*innen angenehmere Flüge, sondern hat auch wirtschaftliche Vorteile. Unter anderem könnte man in Zukunft mit dem Verfahren viel Treibstoff sparen. Denn:  Heute versuchen Piloten, Turbulenzen vorherzusagen und kritischere Lufträume zu umfliegen, um den Fluggästen mehr Komfort zu bieten. Das kostet Zeit, Treibstoff und damit viel Geld. Mit der Lösung könne man die geplante Flugroute beibehalten, ohne das Ruckeln zu spüren.

Auch könnten öfter kleinere Flugmaschinen zum Einsatz kommen. Turbulenzen in ihnen werden laut Gálffy normalerweise als sehr unangenehm empfunden, weil sie im Vergleich zu den großen Flugzeugen nicht so widerstandsfähig gegenüber der Luft sind. „Sie fühlen sich an, wie kleine Boote auf unruhiger See“, sagt der Wissenschafter. Auf einem Kreuzfahrtschiff hingegen habe man das Gefühl, auf dem glatten Meer zu treiben. Für besseren Komfort kämen in der Luft häufig unnötig große Maschinen zum Einsatz.

Daniel Frank, Ines Burgstaller, András Gálffy, Oliver Breitender und Robert Mühlbacher von Turbulence Solutions 

Weniger CO2

Das wiederum führt zu einem erhöhten Treibstoffverbrauch und Ausstoß an Kohlenstoffdioxid. Werden Kleinflugzeuge aber mit dem System ausgerüstet, könne ihre Aerodynamik deutlich verbessert werden und das Fliegen angenehmer. Im kommerziellen Luftverkehr können die CO2-Emissionen mit der Technologie sogar um 10 Prozent reduziert werden, so Gálffy. 

Das Forschungsprojekt wurde von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) gefördert und das System bereits erfolgreich mit einem Piloten getestet. „Ziel ist, dass im nächsten Sommer der erste Passagier mitfliegen und die Entwicklung spüren kann. Innerhalb von ein bis zwei Jahren sollen dann die ersten Flugzeuge mit Turbulence Cancelling ausgestattet werden“, so der Pilot. 

Kleinflugzeuge nachrüsten

Die ersten Kundengespräche werden ihm zufolge bereits geführt. In einem ersten Schritt sollen  Kleinflugzeuge, also Zwei- und Viersitzer oder Business-Jets, mit dem System ausgerüstet werden. „Das mittelfristige Ziel ist, auch Linienflieger mit der Lösung auszustatten“, ergänzt der Wissenschafter. Dafür sei ein Folgeforschungsprojekt angedacht.

Mit der Technologie sollen unterschiedliche Märkte und Regionen bedient werden. Neben Europa seien etwa auch die USA oder Asien von  großem Interesse für das Unternehmen. 

Diese Serie erscheint in redaktioneller Unabhängigkeit mit finanzieller Unterstützung der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG).

Material ändert Form von Flugzeugflügel

Wer das Zehnfinger-System lernt, sieht beim Schreiben irgendwann nicht mehr auf die Tastatur. Doch nicht nur Menschen, sondern auch Materialien können Verhaltensweisen erlernen und eine Art „Muskelgedächtnis“ entwickeln. Ein solches wurde von einem  Forschungsteam der University of California in Los Angeles erzeugt.

Laut dem Wissenschafter Jonathan Hopkins wurden für das smarte Material die gleichen grundlegenden Prinzipien eingesetzt, die auch bei maschinellem Lernen genutzt werden. Das sogenannte „mechanische neuronale Netzwerk“ besteht aus einzelnen Stiften, die ihre Form und ihr Verhalten als Reaktion auf äußere Einwirkungen in Echtzeit anpassen. Sie sind in einem dreieckigen Gittermuster ausgerichtet – jeder einzelne Stift besitzt wiederum eine Schwingspule, ein Dehnungsmesstreifen sowie Gelenke. 

Länge verändern

Die Schwingspule begünstigt eine Kompression oder Expansion des Materials bei äußerer Krafteinwirkung auf den Stift. Die Gelenke fungieren als flexible Verbindungen zwischen den beweglichen Trägern und ermöglichen es, dass die Länge der Stifte verlängert oder verkürzt werden und mit den anderen Stiften in der Gesamtstruktur interagieren. Auf diese Weise passen sie sich an sich laufend ändernde Bedingungen an. 

Ein Optimierungsalgorithmus ist schließlich dafür zuständig, das Lernverhalten des Materials zu steuern. Dafür erfasst jeder Dehnungsmessstreifen die Bewegungsdaten eines jeden einzelnen Stifts. Wird das Material beispielsweise für den Bau von Flugzeugflügeln verwendet, können diese je nach Windmuster ihre Form während des Fluges verändern. Damit kann die Effizienz und Manövrierfähigkeit einer Flugmaschine verbessert werden. 

Schutz bei Erdbeben

Wird das adaptive Material hingegen in Gebäudestrukturen eingebaut, könnte es die Steifigkeit in bestimmten Bereichen anpassen. Das könnte etwa bei Erdbeben oder anderen Katastrophen von Vorteil sein, um so die Gesamtstabilität der Bauten aufrechtzuerhalten.

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Andreea Iosa

Andreea Iosa beschäftigt sich mit neuesten Technologien und Entwicklungen in der Forschung – insbesondere aus Österreich – behandelt aber auch Themen rund um Raumfahrt sowie Klimawandel.

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