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14.02.2017 - 22:10 | Süd | Wirtschaft > Wissenschaft & Forschung  > Uni Rostock forscht für die Luftfahrt

High Tech gegen Wirbelschleppen

Professor Sven Grundmann und Master-Student Jonas Graumann entschlüsseln mit laseroptischen Messmethoden die gefährlichen Wirbelschleppen an den Tragflächen von Flugzeugen.

In dem denkmalgeschützten Ensemble der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik, das die Universität Rostock auf dem Campus Südstadt in den 60er Jahren errichten ließ, findet Forschung auf höchstem Niveau statt. Im 40 Meter langen Schleppkanal, der drei Meter tief und fünf Meter breit ist, laufen seit einem halben Jahr hochkomplizierte Versuche des Lehrstuhls Strömungsmechanik mit einem computergesteuerten 3D-Hochleistungs-Schlepp-System sowie moderne laseroptische Messmethoden. So wird simuliert und notiert, wie sich verschiedene Manöver von Flugzeugen insbesondere während Start und Landung auf die Lebensdauer von so genannten Wirbelschleppen auswirken und wie sie sich schneller beseitigen lassen.

„Das ist ein altes und doch immer noch aktuelles Thema“, sagt Professor Sven Grundmann, der den Lehrstuhl Strömungsmechanik leitet. Sein Team ist eins von wenigen weltweit, das dieses Thema im Wasserschleppkanal bearbeitet und so nach einer Lösung sucht. Denn: „Flugzeuge ziehen vom Start bis zur Landung Wirbelschleppen hinter sich her, die am Ort mehrere Minuten verbleiben, und die nachfolgende Flugzeuge gefährden können“, sagt Prof. Grundmann. Wissenschaftler hätten bereits Warnsysteme entwickelt, doch es gebe immer noch Forschungsbedarf,  was die besonderen Bedingungen am Boden nach der Landung betrifft. Und da setzen die Rostocker nun an.

Bislang sind große Sicherheitsabstände bei Start und Landung eine Lösung.  Die Rostocker Forscher wollen dabei helfen, neue Methoden zur Vorhersage und zur schnellen Vernichtung der Wirbel zu entwickeln. Kollegen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt haben die Wissenschaftler um Prof. Grundmann ermutigt, insbesondere das spezielle Verhalten von Wirbelschleppen in Bodennähe bei Start und Landung von Flugzeugen auf Herz und Nieren zu untersuchen.

Die alte Laborhalle ist mit moderner Technik ausgestattet. Auf dem Foto ist der Laserlichtschnitt im Wasser zu sehen. Der beleuchtet die im Wasser befindliche Teilchen, die durch das vorbeifahrende Objekt verwirbelt werden. Die Bewegung der Teilchen wird durch die Spezialkamera verfolgt, wodurch man am Ende genau berechnen kann, welche Strömung vorliegt, wie der Wirbel sich verhält. Foto: Jonas Graumann.

Die alte Laborhalle ist mit moderner Technik ausgestattet. Auf dem Foto ist der Laserlichtschnitt im Wasser zu sehen. Der beleuchtet die im Wasser befindliche Teilchen, die durch das vorbeifahrende Objekt verwirbelt werden. Die Bewegung der Teilchen wird durch die Spezialkamera verfolgt, wodurch man am Ende genau berechnen kann, welche Strömung vorliegt, wie der Wirbel sich verhält. Foto: Jonas Graumann.

Einer der wichtigen Akteure dabei ist der Master-Student Jonas Graumann. Er hat das Thema für sich verinnerlicht und ist dem Verständnis dicht auf der Spur.  Seine Experimente gehen so: Der Schleppwagen zieht einen Tragflügel durch das Wasserbecken und erzeugt dabei eine Wirbelschleppe. Dabei passiert er den Laser- Lichtschnitt, der im Wasser befindliche Teilchen beleuchtet. Die werden durch die erzeugte Wirbelschleppe in Bewegung versetzt. Diese Bewegung verfolgt eine Spezialkamera, für die Jonas Graumann extra ein Unterwassergehäuse gebaut hat. So kann der Student am Ende genau berechnen, welche Strömung vorliegt, wie der Wirbel sich verhält. Ohne Geschick, Ausdauer und Kreativität von Jonas Graumann seien die Versuche nicht möglich, räumt Prof. Grundmann ein. So konnten die zugrundeliegenden physikalischen Phänomene bereits erzeugt und gemessen werden, die die Rostocker Forscher nun im Detail weiter untersuchen und verstehen wollen.

Dort, wo Jonas Graumann oft bei Versuchen am  Kanal  mit seinen Aufbauten der Kopf raucht, feiern Kommilitonen gern im benachbarten ST-Studentenclub. Der 24-jährige geborene Berliner, der im dörflichen Niedersachsen aufgewachsen ist und in Rostock sein Abitur mit Bestleistungen in den Naturwissenschaften ablegte, ist mit Herz und Verstand Techniker mit einem besonderen Faible für Strömungsmechanik. „Da muss man aus allen Bereichen des Ingenieurstudiums Wissen abrufen können, um physikalische Phänomene zu verstehen“.  Unter hohem Einsatz hat der junge Mann den Prototypen des gesamten Versuchsaufbaus für den Schleppkanal gebaut. Dadurch wird es möglich, die bei Start und Landung entstehenden Wirbel sichtbar zu machen, ihre Stärke und Dauer korrekt zu ermitteln. „Denn die Wirbelschleppen sind zwar unerwünscht, physikalisch aber unvermeidlich“, sagt Prof. Grundmann.

Jonas Graumann bringt nun seine „schwergewichtigen“ Erkenntnisse für die Masterarbeit aufs Papier. „Jetzt, wo die ersten wissenschaftlich verwertbaren Messungen erfolgreich durchgeführt worden sind, muss ich zugeben, dass ich stolz darauf bin, dem Lehrstuhl durch meine Hilfe, ein neues Forschungsgebiet eröffnet zu haben“, sagt der Student. Seinen Arbeitsplatz wird er jetzt bis zur Fertigstellung der Abschlussarbeit vom Labor zurück an den Schreibtisch verlegen. In ihm wachse aber die Hoffnung, dass er nach Studienabschluss weiter als  Promotionsstudent an diesem Thema forschen darf, und miterleben kann, wie das Messsystem weiterentwickelt wird. „Mir ist die alte Forschungshalle mit ihren zahlreichen Laboren und Forschungsapparaten sehr ans Herz gewachsen“, lässt er wissen.

PM Uni Rostock / Wolfgang Thiel

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