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Case Study

High Five für High-G-Turn Riblet & Simulation im Air Race

Branche

Flugmotorsport

Kunde

Diverse

service

Riblet Engineering

Aufgabe

Verbesserung der aerodynamischen Effizienz durch Modifikationen am Flugzeug

Lösung

Riblet engineering, Riblet design und Applikation von Riblets an den Flügeln

Nutzen

Funktionalität von Riblets verschiedenster Produktionsmethoden; Rückmeldung zur Produktion und Datenabfrage

Projektdetails

Es ist aufregend, es ist rasant und nur die besten Piloten qualifizieren sich für den Sport, der als „der schnellste Motorsport der Welt“ bezeichnet wird. Luftsportfans kennen nicht nur den Namen Peter Besenyei, dem „Godfather“ des Motorluftsports, sondern auch wagemutige Männer wie Hannes Arch(†), Michael Goulian, Matt Hall, Martin Šonka und Vito Wyprächtiger, die mit Weltmeister- und Vizeweltmeistertiteln in die Geschichte dieses Sports eingegangen sind. Und es gibt einen gemeinsamen Nenner: sie alle verließen sich auf unser Know-How in Sachen Strömungsoptimierung und Riblets, wenn sie mit atemberaubenden Manövern eine fulminante Show in die Luft zauberten. Zweifellos erfordert das Fliegen um und zwischen den Pylonen in 15 Metern Höhe über dem Boden bei extremen Geschwindigkeiten und einigen High-G-Turns extrem erfahrene Piloten und den Willen, die maximale technische Leistung aus dem Flugzeug herauszuholen. Beim High-G-Turn handelt um sich um ein Manöver, bei dem der Pilot eine schärfere Kurve als normal fliegen kann, während das Flugzeug erheblich an Geschwindigkeit verliert. 
Wird ein High-G-Turn zu lange durchgeführt, kann das Flugzeug ins Trudeln geraten, wenn der Anstellwinkel des Flugzeugs über einen bestimmten Punkt hinaus ansteigt, an dem der Auftrieb plötzlich abzunehmen beginnt. 

Abbildung 1: „What it takes to fly in the Red Bull Air Race“

Edge_with_streamlines Kopie

Abbildung 2: Simulation & Riblets im Flugmotorsport

Im schlimmsten Fall kann dies zum Verlust der Kontrolle führen. Ein High-G-Turn ist jedoch ein aufsehenerregendes Spektakel im Rahmen dieser Flugrennen und eine wahre aeronautische Meisterleistung. Beim Red Bull Air Race World Championship lieferte sich eine Elitegruppe von Piloten einen Kampf der Technik und des Könnens, aber gleichzeitig setzten sich die härtesten Konkurrenten der Welt für die Förderung des sicheren Fliegens durch verfeinerte Technik und mehr Professionalität ein. Hier kamen wir von BST ins Spiel. Die Herausforderung war: wir mussten die aerodynmische Effizienz verbessern und die Stabilität der Flieger erhöhen. 

Mittels numerischer Simulation und Riblet-Engineering haben wir die optimalen Riblets für den Einsatz an den Tragflächen entworfen. So konnten im Vorfeld verschiedene Riblet-Strukturen getestet werden, um die Beste zur Reduzierung des Reibungswiderstandes auswählen zu können. Durch das Aufbringen dieser strukturierten Oberflächen auf strömungsrelevante Teile der Tragflächen konnte eine 4%ige Steigerung des Wirkungsgrades erreicht werden und – was noch wichtiger ist – konnten Sicherheitsaspekte bei High-G-Turns berücksichtigt werden. Riblets sorgen für sicherere Flugmanöver, da sie das Risiko von Strömungsabrissen bei High-G-Turns verringern. Es ist ein bekanntes physikaliscvhes Phänomen, das sich bei hohen Geschwindigkeiten und zu steilen Anstellwinkel die Grenzschicht vom Profil ablöst und so die Strömung abreist. Das Flugzeug verliert so an Auftrieb und beginnt zu trudeln. Durch die maßgeschneiderten Riblets an den Tragflächen hält die Strömung länger an, die Ablösung setzt also erst später ein. 

Ergebnisse

Wir von Bionic surface technologies haben die aerodynamische Effizienz zur Verbesserung der Flugsicherheit durch den Einsatz von Riblets deutlich erhöht. 
Dadurch setzt die Ablösung der Strömung später ein und das Risiko, ins Trudeln zu geraten, sinkt. Die von uns durchgeführte aerodynamische Optimierung verschaffte den Piloten nicht nur einen technischen Vorsprung gegenüber der Konkurrenz, sondern sorgte auch für eine sichere Rückkehr zur Erde von ihren Abenteuern am Himmel.