Flugzeugkonfigurationen der Zukunft Dr.-Ing. Stanislav Karpuk leitet Junior Research Group im Exzellenzcluster SE²A
Neue Technologien und innovative Flugzeugkonzepte sind gefragt, um Emissionen, Lärm und Energieverbrauch von Flugzeugen drastisch zu reduzieren und langfristig einen klimaneutralen Luftverkehr zu verwirklichen. Lösungen könnten beispielsweise Technologien zur laminaren Strömungskontrolle und aktiven Lastreduzierung sein, aber auch neuartige Flugzeugkonfigurationen, wie beispielsweise der Blended Wing Body. Für diese und weitere Technologien gilt: Sie müssen auf Gesamtflugzeugebene integriert, bewertet und optimiert werden. Hier setzt die Forschung der Junior Research Group (JRG) „Long-Range Aircraft Configurations and Technology Analyses” im Exzellenzcluster SE²A – Sustainable and Energy-Efficient Aviation – der TU Braunschweig an. Ein Gespräch mit dem JRG-Leiter Stanislav Karpuk.
Dr.-Ing. Stanislav Karpuk. Bildnachweis: TU Braunschweig
Womit beschäftigt sich Ihre Nachwuchsgruppe?
Wir konzentrieren uns auf die Gesamtbewertung des Flugzeugentwurfs potenzieller künftiger Flugzeug- und Antriebstechnologien für eine nachhaltigere und energieeffizientere Luftfahrt. Zu unserer Arbeit gehört, Fähigkeiten für Multi-Fidelity-Methoden im konzeptionellen Flugzeugentwurf zu entwickeln, um spezifische designorientierte Fragen zu beantworten. Viele der Technologien, die wir in unserem Projekt betrachten werden, sind neu und haben einen eher geringen Technologiereifegrad. Hier gibt es also noch reichlich Forschungsbedarf.
Woran forschen Sie und Ihre Gruppe aktuell?
Derzeit bearbeiten wir in dem Projekt mehrere kleinere Aufgaben: Wir richten den Fokus zum einen auf den konzeptionellen Entwurf sowie auf Machbarkeitsstudien für ein mit Wasserstoff-Brennstoffzellen angetriebenes Langstreckenflugzeug mit Blended Wing Body, das den Flügel und den Rumpf zu einer integralen Form vereint. Unser zweiter Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Gebiet der mathematischen Modelle mit reduzierter Ordnung für die laminare Strömungskontrolle von Flugzeugflügeln für frühe Entwurfsphasen.
Welche Tools und Methoden kommen in Ihrer Forschungsarbeit zum Einsatz?
Wir konzentrieren uns stark auf numerische Fähigkeiten und entwickeln Tool-Ketten für eine schnellere Dimensionierung, Analyse und Optimierung von Flugzeugen. Zu den Tools gehören eigene Skripte für die anfängliche Dimensionierung von Flugzeugen mit Low-Fidelity-Methoden, Medium-Fidelity-Methoden unter Verwendung von Softwarepaketen unserer Clusterpartner sowie High-Fidelity-Methoden – open source oder kommerziell – für die numerische Strömungsmechanik und Finite-Elemente-Analyse.
Welche Relevanz hat das Thema für die Luftfahrt der Zukunft – gerade auch mit Blick auf die Reduzierung der Klimawirkung von Flugzeugen?
Zum einen zielt unsere Forschung darauf, die potenzielle Machbarkeit verschiedener Technologien aus der Gesamtbetrachtung des Flugzeugs zu bewerten und ihre potenziellen Leistungsfähigkeiten innerhalb der Konstruktionsgrenzen des Flugzeugs vorherzusagen. Zum anderen geht es darum, potenzielle Flugzeugkonfigurationen vorzuschlagen, die für neuartige Technologien besser geeignet sein könnten, sowie potenzielle Designbeschränkungen, Probleme und Grenzen aufzuzeigen, die gelöst werden müssen, um eine nachhaltigere Luftfahrt zu ermöglichen.
Was reizt Sie an Ihrer Forschungsarbeit?
Wir wollen unsere Forschungsaktivitäten praxisorientierter gestalten, um sicherzustellen, dass sämtliche Aktivitäten innerhalb des Exzellenzclusters eine stärker produktorientierte Sichtweise haben. Natürlich wird der Entwurfsprozess durch die Vorgabe von Beschränkungen anspruchsvoller und schwieriger, da viele Lösungen möglicherweise nicht anwendbar sind. Daher macht der Prozess der Suche nach technischen Lösungen und Kompromissen die Arbeit interessanter.
Aus welchen Disziplinen kommen die Forschenden der Nachwuchsgruppe?
Wir sind Luft- und Raumfahrtingenieur:innen mit einigen Jahren Industrieerfahrung auf dem Gebiet der Flugzeugperformance, der Zertifizierung sowie der strukturellen und aerodynamischen Analyse. Wir arbeiten als Gruppe erst seit diesem Sommer zusammen. Daher liegt noch sehr viel gemeinsame Forschungsarbeit vor uns.
