Teledyne FLIR Wärmebildtechnik bei Mach 1,4 trägt zur Verbesserung der Leistung und Effizienz von Flugzeugen bei

Die Aircraft Research Association (ARA) ist ein im Vereinigten Königreich ansässiges Aerodynamik-Forschungsinstitut, das an innovativen Projekten für die weltweit größten Hersteller von Verkehrsflugzeugen sowie für Rüstungsunternehmen arbeitet. 

Vor kurzem nahm die ARA die Überprüfung einer langjährigen Theorie in Angriff, die Langstreckenflüge effizienter machen und so Länder auf ihrem Weg zur Klimaneutralität unterstützen könnte.

Durch den Einsatz von Teledyne FLIR Wärmebildkameras während der Tests konnte die ARA die Richtigkeit ihrer Theorie beweisen. Die Forschungsergebnisse werden sich bei künftigen Flugzeugkonstruktionen unmittelbar auf die Steigerung der Flugeffizienz auswirken.

Wärmebildtechnik zur Visualisierung des Luftstroms

Die ARA wollte ihre Theorie zur Hybridlaminarisierung testen, nach der sich der Umschlagspunkt des Luftstroms mit einem porösen Abschnitt an der Vorderseite der Tragfläche kontrollieren lässt, um die Auswirkungen von Turbulenzen zu verringern und den Kraftstoffverbrauch zu optimieren.

Die ARA betreibt einen großen transsonischen Windkanal, d. h. einen Hochgeschwindigkeits-Windkanal, der für die Erprobung von Flugzeugmodellen Geschwindigkeiten bis zu Mach 1,4 (ca. 1700 km/h) ermöglicht. 

Aufgrund der Turbulenzen, die Luft bei so hohen Geschwindigkeiten erzeugt, ändert sich der Umschlagspunkt des Luftstroms um weniger als ein Grad Celsius, sodass eine besonders genaue Wärmemessung benötigt wurde.

Bisher kamen Heißfilm-Luftmassenmesser zum Einsatz, die jedoch nur den Temperaturabfall messen und ihn nicht sichtbar machen. Da sie aufgeklebt werden müssen, beeinträchtigten sie zudem die Oberfläche der Tragfläche.

Die T1K-Kamera von Teledyne FLIR ermöglichte der ARA die Visualisierung des Luftstromverhaltens ohne Beeinflussung der Aerodynamik. Sie sorgte für eine größere Genauigkeit bei den Tests und der Ermittlung des Umschlagpunkts.

Partnerschaftliche Zusammenarbeit zur Erzielung von Ergebnissen

Für die Implementierung der Technologie und die Einrichtung der Tests benötigte die ARA einen Integrationspartner. Sie entschied sich für Thermal Vision Research, einen im Vereinigten Königreich ansässigen Integrationspartner von Teledyne FLIR, von dem die ARA die T1K-Kamera von Teledyne FLIR für ihre Forschung ausleihen konnte. 

Die ARA verfügte bereits über zwei Teledyne FLIR A655C-Wärmebildkameras, die sie im Windkanal für Tests zu Temperaturänderungen verwendete. Als sich jedoch die Gelegenheit bot, ihre Tests durch den Einsatz einer fortschrittlicheren Kamera weiterzuentwickeln und die Ergebnisse miteinander zu vergleichen, schien es genau der richtige Partner zu sein.

Neil Stokes, Optische Messsysteme bei ARA, sagte: „Wir haben schon lange eine gute Beziehung zu Matthew Clavey von Thermal Vision Research. Wir haben uns vor Ort Wärmebildtechnik für verschiedene Zwecke angesehen. Ich habe mir von einigen Unternehmen Vorführungen geben lassen, aber vieles beruht auf Erfahrung und Vertrauen in einen bestimmten Händler oder Lieferanten. Matthew war sehr hilfsbereit und lieh uns die Kamera für einen einwöchigen Testzeitraum. Wenn wir Fragen haben, gibt er uns immer die richtigen technischen Antworten.“ 

„Wenn ich ehrlich bin, waren es wohl die Beratung und Betreuung durch Matthew, die uns von Teledyne FLIR überzeugt haben. Die Unterstützung durch einen lokalen Händler war wirklich entscheidend – jemanden zu haben, der telefonisch erreichbar ist oder auch mal vorbeikommt und alles mit uns durchgeht, ist extrem hilfreich.“

Verbesserung der Tragflächenkonstruktion für bessere Aerodynamik

Vor der Durchführung des Tests machte die ARA einige Probeläufe, um sicherzustellen, dass die handgehaltene T1K auf Entfernung ferngesteuert werden kann, wenn sie im Kanal installiert ist. Das ARA-Team musste die Kamera aus einer Entfernung von etwa 30 Metern steuern, um die Aufnahmen live auf einem Computer abrufen und den Luftstrom direkt in Echtzeit beobachten zu können. Während der Kanal in Betrieb ist, kann es zu Vibrationen kommen, die dazu führen, dass die Kameras unscharf werden. Betrachtet man die Aufnahmen live, lassen sich solche Probleme sofort korrigieren.

Der Einsatz der T1K-Kamera von Teledyne FLIR ermöglichte eine höhere Genauigkeit beim Test und eine präzisere Bestimmung des Umschlagspunkts. Die Teledyne FLIR 655 ist etwas empfindlicher als die T1K, aber der Verlust an Empfindlichkeit brachte keine Nachteile mit sich – nur eine bessere Auflösung. Durch die höhere Genauigkeit konnte die Richtigkeit der Theorie bewiesen werden. 

Die T1K-Kamera nutzt FLIR Vision Processing, eine Kombination aus HD-Auflösung, MSX®- und UltraMax®-Bildoptimierung, um brillante Wärmebilder mit einer Auflösung bis zu 3,1 Millionen Pixeln zu erzeugen. 

Mit der Teledyne FLIR T1K konnte die ARA die Richtigkeit ihrer Theorie zur Hybridlaminarisierung in einer sicheren und kontrollierten Umgebung nachweisen. Sie kann ihren Kunden nun die im Windkanal installierte T1K als Konzept zur Optimierung der Tragflächenkonstruktion für eine bessere Aerodynamik anbieten.