Die Flugphysik bildet das physikalisch-technische Fundament der Luftfahrt. Sie beschreibt die Bewegung von Luftfahrzeugen durch die Atmosphäre unter dem Einfluss aerodynamischer, mechanischer und thermodynamischer Kräfte. In einer Zeit, in der sich die zivile Luftfahrt tiefgreifenden Umbrüchen gegenübersieht – ausgelöst durch ökologische, ökonomische und sicherheitspolitische Herausforderungen – gewinnt das Verständnis und die Weiterentwicklung flugphysikalischer Prinzipien immer mehr an Bedeutung.
Ziel bis 2035:
Reduktion des aerodynamischen Nullwiderstands um 15-20 %
Steigerung der Flügelstreckung auf bis zu 15
Ziel bis 2050:
Reduktion des aerodynamischen Nullwiderstands um 40 %
Die Luftfahrt steht aktuell vor einer Vielzahl komplexer Aufgaben: Klimaneutralität bis zum Jahr 2050, steigende Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit, begrenzte Verfügbarkeit von Ressourcen, Luftraumüberlastung sowie die Zunahme von unbemannten Luftfahrtsystemen und neue Mobilitätsformen wie Urban Air Mobility (UAM). Gleichzeitig eröffnen sich durch technologische Fortschritte in Bereichen wie künstlicher Intelligenz, Simulationstechnologie und Hochleistungsrechnern neue Möglichkeiten, die bestehenden Grenzen der flugphysikalischen Auslegung zu verschieben. In diesem komplexen Themenfeld setzt die Luftfahrtstrategie auf eine interdisziplinär verstandene Flugphysik. Einerseits können somit bestehende Konfigurationen und Systeme analysiert, verbessert und bewertet werden. Andererseits ermöglicht sie zukünftige, innovative Konzepte voranzutreiben. Es ergeben sich einige zentrale Herausforderungen aus der Zielsetzung, die Effizienz, Umweltverträglichkeit und Leistungsfähigkeit von Luftfahrzeugen signifikant zu verbessern. Der klassische aerodynamische Zielkonflikt bei der Auslegung eines Flugzeugs, den benötigten Auftrieb bei möglichst geringem Widerstand zu erzeugen, wird durch zusätzliche Anforderungen überlagert. Ein übergeordnetes Thema ist die Reduktion von CO2-, NOx- und Lärmemissionen. Hinzu kommt die Integration alternativer Antriebssysteme bspw. auf Basis von Wasserstoff oder Elektromotoren. Eine verbesserte Steuerbarkeit spielt ebenso eine Rolle bei der Auslegung wie die Flexibilität neuer Flugzeugkonzepte.
Die Luftfahrtstrategie nimmt die Flugphysik als wichtigen Themenbereich wahr und sieht Querschnitte zu anderen Disziplinen im Luftfahrtbereich. Ziel bei der Einbettung der Flugphysik innerhalb der Strategie ist es, eine tiefere physikalische Erforschung der relevanten Phänomene mit einer anwendungsorientierten Ausrichtung zu verbinden. Daraus ergeben sich mehrere strategische Leitlinien. Eine solche Leitlinie ist die Effizienzsteigerung durch aerodynamische Optimierung. Dies umfasst die Reduktion des Gesamtwiderstands durch neuartige Flügelgeometrien, laminare Strömungsführung, innovative Tragflügel-Rumpf-Integration sowie adaptive Strukturen. Ein weiteres Ziel ist die Integration neuer Antriebskonzepte. Dazu zählen wasserstoffgetriebene Turbinen, elektrische Propeller oder hybride Systeme. Diese verlangen eine Neuauslegung der aerodynamischen Interaktion zwischen Antrieb und Zelle sowie ein Verständnis der Wirkzusammenhänge. Ein weiteres Ziel ist das Thema der Digitalisierung und Simulation. Der Einsatz hochauflösender numerischer Methoden soll die Entwicklungszeiten verkürzen und das experimentelle Testaufkommen reduzieren, ohne auf Validierung durch Windkanal und Flugversuch zu verzichten. Der Sicherheitsgewinn durch Systemverständnis ist ein weiterer Zielaspekt. Die Analyse kritischer Flugzustände – etwa wie Strömungsabriss, Strukturversagen, Turbulenz – ist für die Auslegung robuster Flugregelungssysteme essentiell, insbesondere bei Systemen in komplexen Lufträumen oder bei innovativen, neuen Flugzeugkonzeptentwürfen. Ein essentielles Ziel ist die Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit. Die Flugphysik beinhaltet zunehmend auch die Bewertung von Emissionen und deren Wechselwirkung mit der Atmosphäre, bspw. Kondensstreifenbildung und deren Klimawirkung.
Aus der Analyse der Herausforderungen und Zielsetzungen lassen sich mehrere zentrale Themenfelder ableiten.
Die Definitionen der einzelnen Themenfelder zeigen, dass die Flugphysik unter anderem ein zentraler Schlüssel bei der Bewältigung der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen der Luftfahrt ist. Die Luftfahrtstrategie adressiert gleichermaßen die Nachhaltigkeit, Sicherheit und Leistungsfähigkeit und kann dies unter anderem durch ein integratives, zukunftsgerichtetes Verständnis flugphysikalischer Zusammenhänge erreichen. Die interdisziplinäre Forschung, die gezielte Technologieentwicklung und die systemische Auslegung ermöglichen es, die Ziele und Herausforderungen der künftigen Luftfahrt zu erreichen.
Für den Themenbereich Flugphysik wurden einzelne Technologiebausteine definiert, die den aktuellen Forschungsbedarf bis 2060 aufzeigen. Gerne können Sie in der nachfolgenden Grafik auf die einzelnen Elemente klicken, dann gelangen Sie in die detaillierten Beschreibungen der einzelnen Technologiebausteine.
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