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Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität DFG - VERA-C

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VERA-C (Vortex Encounter Risk Assessment for curved Vortices)

VERA-C ist ein Forschungsprojekt zur Untersuchung von Einflügen in gekrümmte Wirbelschleppen, dass durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert wird.

Einleitung

Die von der ICAO in den 70er Jahren eingeführten Staffelabstände zur Vermeidung gefährlicher Wirbeleinflüge haben sich als sicher bewährt, gelten aber auch als konservativ. Sie limitieren die Kapazitäten von Flughäfen und stellen zunehmend einen begrenzenden Faktor für das stetig wachsende Luftverkehrsaufkommen dar. Die Auswirkungen einer Anpassung der Staffelabstände werden in Risikoanalysen mit Schnellzeitsimulationen (Monte-Carlo Simulationen) bewertet.

Bestehende Simulationsmodelle zur Risikoanalyse basieren auf der vereinfachten Annahme gerader Wirbelfäden. In der Realität verformen sich Wirbelschleppen bis hin zum Aufplatzen der Wirbelfäden und der Ausbildung sogenannter Wirbelringe. Die Wirbelverformung wird hauptsächlich durch die atmosphärische Turbulenz und ein als Crow-Instabilität bezeichnetes Phänomen des Wirbelsystems ausgelöst.

Ziele und Vorgehen

Stadien der Wirbelkrümmung und Ringbildung
Lupe

Gegenstand von VERA-C ist die Untersuchung des Einflusses der Wirbelkrümmung auf die Gefährlichkeit von Wirbelschleppeneinflügen mittels Risikoanalysen. Der Verlauf eines Wirbeleinfuges, d.h. Störung der Fluglage und Flugbahn des einfliegenden Flugzeuges, wird maßgeblich durch Wirbelstärke und Einfluggeometrie bestimmt. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass auch die Wirbelkrümmung einen Einfluss auf die Schwere der induzierten Flugzeugstörung hat. Je nach Deformationsgrad kann die Störung des einfliegenden Flugzeuges schwächer ausfallen als bei einem Einflug in gerade Wirbelfäden.

In VERA-C werden zunächst einfache analytische Modelle der gekrümmten Wirbel erstellt und in den SEPHIR Flugsimulator des Fachgebietes integriert. Versuche mit Berufspiloten liefern Daten zur Erstellung von Modellen für das Steuerverhalten des Piloten beim Wirbeleinflug und für die Gefährdungsbewertung. Diese Modelle werden anschließend in eine Schnellzeit-Simulationsumgebung integriert um Risikoanalysen auf Basis einer großer Anzahl (~100.000) simulierter Wirbeleinflüge durchzuführen. Sensitivitätsstudien und die Analyse von Worst-Case Scenarien dienen dazu den Einfluss der Wirbelkrümmung auf die Gefährdung der Wirbeleinflüge zu bewerten.

Arbeitsprogramm

AP1
Simulatorvorbereitung
Erstellung und Einbindung analytischer, parametrischer Modelle zur Beschreibung der Wirbelkrümmung für Echt- und Schnellzeitsimulationen.
 
AP2
Simulatorversuche
Durchführung von Wirbeleinflügen im Landeanflug mit Berufspiloten im SEPHIR Flugsimulator des Fachgebietes.
AP3
Versuchsanalyse und Modellentwicklung
Auswertung der Simulatorversuche und Entwicklung von Modellen des Pilotenverhaltens und der Gefährdungsbewertung.
AP4
Risikoanalysen
Erstellung von Monte-Carlo Schnellzeitsimulationen und Durchführung von Sensitivitätsstudien und Risikoanalysen.
AP5
Dokumentation
Dokumentation der Wirbelmodelle, der Simulatorversuche und der Monte-Carlo Simulationen sowie der Ergebnisse.

Vorhergehende Projekte

  • Assessment of Wake Vortex Safety (S-WAKE), gefördert von der Europäischen Kommission im 5. Rahmenprogramm (FP5)
  • CREDOS (Cross Wind Reduced Separation for Departure Operations), gefördert von der Europäischen Kommission im 6. Rahmenprogramm (FP6)
  • WakeNet3-Europe, gefördert von der Europäischen Kommission im 7. Rahmenprogramm (FP7)

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