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DELICAT Mit Laser-Sensorik gegen gefährliche Luftlöcher

| Redakteur: Peter Koller

Immer wieder kommt es in Passagierflugzeuge zu Verletzten, wenn das Flugzeug plötzlich und unerwartet massiv absackt. Mit Laser-Sensorik wollen Forscher dem Phänomen der unsichtbaren Turbulenzen jetzt zu Leibe rücken.

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Forscher am DLR-Institut für Physik der Atmosphäre haben ein laserbasiertes Messgerät entwickelt, um Turbulenzen in der Luft aus der Entfernung zu erkennen und vorherzusagen.
Forscher am DLR-Institut für Physik der Atmosphäre haben ein laserbasiertes Messgerät entwickelt, um Turbulenzen in der Luft aus der Entfernung zu erkennen und vorherzusagen.
(DLR)

Viele Fluggäste kennen das Phänomen: der Himmel ist strahlend blau, das Flugzeug befindet sich im ruhigen Reiseflug, der jedoch unvermittelt durch eine Art "Luftloch" gestört wird. Grund für die unangenehme Änderung der Flughöhe ist eine sogenannte "clear air turbulence" – eine Turbulenz, die unabhängig von Bewölkung auftritt, nicht sichtbar und nicht genau vorhersagbar ist.

Die Ursache: Entlang des Jetstreams entstehen häufig Windscherungen – Luftschichten, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten horizontal gegeneinander bewegen. Besonders starke Windscherungen können Wellen ausbilden, die schließlich auch brechen können – ganz wie eine Welle auf dem Wasser. Der Bruch einer Welle verursacht Verwirbelungen in der Luft beziehungsweise eine "clear air turbulence" (CAT).

Sobald ein Flugzeug auf diese Turbulenz trifft, verändert sich an den Tragflächen der Anstellwinkel der Luftströmung. Die Folge sind die bekannten Schwankungen im Auftrieb des Flugzeugs. CATs sind bislang ein unvermeidbares Phänomen für den Flugverkehr, da diese verwirbelten Luftmassen im klaren Himmel weder für das Auge sichtbar, noch mit Sensoren messbar sind. Zumindest nicht direkt.

Eine indirekte Methode zur Erkennung der Turbulenzen wurde nun erstmals im Rahmen des europäischen Verbundprojekts DELICAT (Demonstration of LIDAR based Clear Air Turbulence detection) entwickelt und aktuell in Flugtests erprobt.

Die angestrebte Lösung: Die Luftturbulenzen können künftig berechnet werden, die notwendigen Daten soll ein Messverfahren per Laser liefern. Idee ist es, geringste Änderungen in der Dichte und der Geschwindigkeit der Luft auf der Strecke voraus zu identifizieren und dadurch CATs aus der Entfernung zu erkennen und vorherzusagen.

Forscher am DLR-Institut für Physik der Atmosphäre haben dafür ein laserbasiertes Messgerät entwickelt: Ein LIDAR-Instrument (Light Detecting and Ranging) wird am Flugzeug angebracht und sendet in Flugrichtung kurzwellige UV-Laserstrahlen. Aus dem gemessenen Rückstreu-Wert der Luftmoleküle, Sauerstoff und Stickstoff, wird die Dichte der Luft bestimmt. Schwankungen in der Dichte geben dann Aufschluss über dort herrschende Turbulenzen. Die indirekt gewonnenen Informationen ermöglichen eine spezifische Analyse der Luft des zu durchfliegenden Bereichs: So werden "clear air turbulences" für die kommende Strecke im Voraus sichtbar.

Unter seltenen Umständen können Eiswolken (Cirrus) die atmosphärischen Wellen sichtbar machen. Der Bruch einer solchen Welle verursacht Verwirbelungen in der Luft beziehungsweise eine Turbulenz – die "clear air turbulence" (CAT).
Unter seltenen Umständen können Eiswolken (Cirrus) die atmosphärischen Wellen sichtbar machen. Der Bruch einer solchen Welle verursacht Verwirbelungen in der Luft beziehungsweise eine Turbulenz – die "clear air turbulence" (CAT).
(Astronautilus)
Langfristiges Ziel ist es, ein integriertes Erkennungssystem für Luftturbulenzen mit einer Reichweite von etwa 10 bsi 30 km zu entwickeln. Zukünftig könnten Piloten dann in der Flugzeugkabine den Hinweis ausgeben zum Sitzplatz zurückzukehren und den Sicherheitsgurt anzulegen, oder gar entsprechende Regionen umfliegen.

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