Neue Ansätze im Bereich der Vereisungsdetektion von Hubschraubern, der Modellierung vibroakustischer Phänomene sowie der Auslegung von batterieelektrischen Regionalflugzeugen – zu diesen Themen leisten drei Forschungsarbeiten auf verschiedenen Gebieten der Luftfahrtforschung einen Beitrag. Ausgezeichnet wurden sie mit dem Hermann-Blenk-Forscherpreis, sowie mit dem Karl-Doetsch-Nachwuchspreis und dem VDI Luft- und Raumfahrtpreis. Die Preise wurden im Rahmen des Forschungstags des Niedersächsischen Forschungszentrums für Luftfahrt (NFL) am 09. November 2022 verliehen.
Herr Hermann leistete mit seiner Masterarbeit „A Statistical Approach for the Fusion of Data and Finite Element Analysis in Vibroacoustics” am Institut für Akustik der TU Braunschweig einen wertvollen Beitrag zur Modellierung von vibroakustischen Phänomenen. Aufgrund der steigenden Verfügbarkeit von Sensordaten, ist die datengetriebene Simulation zu einem wichtigen Forschungsfeld geworden. Dabei ist die Datenfusion insbesondere im Bereich der Luftfahrt ein hochaktuelles Thema. Die Beschreibung von Daten erfolgt häufig mit Methoden der Wahrscheinlichkeitstheorie, was im Kontext der Finite Elemente Simulation spezielle Forschungsfragen aufwirft. Mit der Bestrebung eine einfache und allgemeine statistische Finite Elemente Methode zu entwickeln, hat Herr Hermann einen kürzlich veröffentlichten Ansatz aufgegriffen, der auf Basis der Gaußprozessregression agiert. In diesem Framework wird die Finite Elemente Lösung auf lokal verteilte Daten konditioniert und gleichzeitig eine Quantifizierung von Unsicherheiten ermöglicht. Herr Hermann hat diesen Ansatz erfolgreich auf die Vibroakustik übertragen können und diese statistische Finite Elemente Methode erstmals für vibroakustische Modelle beschreiben, implementieren und anwenden können. Lucas Hermann schloss 2021 erfolgreich sein Masterstudium im Bereich Maschinenbau an der TU Braunschweig ab und ist nun wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Dynamik und Schwingungen der TU Braunschweig.
Dr.-Ing. Stanislav Karpuk und Prof. Dr. Ali Elham untersuchten am Institut für Flugzeugbau und Leichtbau der TU Braunschweig die Auswirkungen neuer Technologien auf die Machbarkeit eines vollelektrischen Regionalflugzeugs. Dabei wurden insbesondere Technologien wie aktive Strömungskontrolle, aktive Lastminderung sowie neuartige Material- und Strukturkonzepte näher betrachtet. Die Ergebnisse zeigten, dass ein vollelektrisches Flugzeug mit neuen Airframe-Technologien mit einer maximalen Startgewichterhöhung um 50% entworfen werden könnte (ausgehend von einer Energiedichte des Batteriepacks von 700 Wh/kg) und der Gesamtemissionswert mit neuartigen Technologien um 81% gesenkt werden kann. Andererseits tragen die neuen Technologien jedoch nicht zur Verringerung der direkten Betriebskosten bei. Darüber hinaus weist das neuartige Flugzeug einen hohen Energieverbrauch auf, was seine Energieeffizienz beeinträchtigt. Nichtsdestotrotz hat die Studie eindrucksvoll demonstriert, was für ein "Game-Changer" neuartige Technologien im Bereich der elektrischen Luftfahrt sein können. Darüber hinaus erfüllt der Fachartikel von Dr.-Ing. Stanislav Karpuk und Prof. Dr.-Ing. Ali Elham höchste wissenschaftliche Ansprüche und zeigt ein deutliches Potential zur Emissionsreduktion im täglichen Flugbetrieb auf. Daher wurde die Arbeit der Forscher in diesem Jahr mit dem Hermann-Blenk-Forscherpreis ausgezeichnet, der mit 5.000 Euro dotiert ist.
In ihrer Masterarbeit beschäftigte sich Julia Feder mit der präzisen Bestimmung von Eisschichten auf umströmten Flächen und der Identifikation der Eisarten Klareis und Raueis durch Impedanzspektroskopie. Die Bildung einer Eisschicht auf einer Struktur hat Einfluss auf ihre Masse, Steifigkeit und Dämpfung und damit auch auf ihre Impedanz. Dieser Effekt kann mit Hilfe eines strukturintegrierten Piezoelements gemessen werden. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren erlaubt dieser neue Ansatz neben der Detektion auch die Charakterisierung von Eisschichten auf Flugsystemen. Des Weiteren erlaubt er zusätzlich eine konkrete Überwachung von Einzelsystemen wie beispielsweise dem Heckrotor eines Hubschraubers. Somit erlaubt die erarbeitete Methode eine erhebliche Steigerung der Betriebssicherheit von Hubschraubern, weswegen die Arbeit von Frau Feder in diesem Jahr auch mit dem mit 1.000 Euro dotierten VDI Luft- und Raumfahrtpreis ausgezeichnet worden ist. Die Arbeit erfolgte im Rahmen einer Kooperation zwischen dem DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik und dem Institut für Mechanik und Adaptronik der TU Braunschweig und die vorgeschlagene Methode der Arbeit befindet sich derzeit in der Patentanmeldung. Julia Feder schloss ihr Masterstudium im Maschinenbau an der TU Braunschweig ebenfalls im Jahr 2021 ab.
Quelle:
TU Pressestelle, Presseinformationen