Leiser Landen dank Pilotenassistenzsystem

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Der mit dem neuen Pilotenassistenzsystem ausgerüstete A380 auf dem Flugplatz in

Der mit dem neuen Pilotenassistenzsystem ausgerüstete A380 auf dem Flugplatz in Dübendorf. Empa

Anflug und Landung gehören zu den komplexesten Phasen eines Flugs. Um den Piloten einen möglichst lärmarmen Anflug zu ermöglichen, hat das Deutsche Zentrum für Luftund Raumfahrt (DLR) ein neues Pilotenassistenzsystem entwickelt, das dem Piloten via Display im Cockpit anzeigt, wann genau welche Handlung für einen lärmarmen Anflug durchzuführen ist. Dieses wird nun gemeinsam mit Empa-Forschern am Flughafen Zürich getestet.

Vom 9. bis 13. September 2019 erprobt das DLR in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der «Swiss SkyLab Foundation» und der Empa das neue System namens LNAS («Low Noise Augmentation System») an Bord eines DLR-Forschungsflugzeugs vom Typ A320 im Anflug auf den Flughafen Zürich. Für die Flugversuche wurde das LNAS-Assistenzsystem zudem um ein weiteres Anflugverfahren für optimierte kontinuierliche Sinkflüge erweitert und mit einem neuen hochpräzisen Algorithmus ausgestattet, um einen möglichst energieoptimierten und lärmarmen Anflug zu ermöglichen.

Das optimierte Anflugverfahren wird anhand von rund 70 Anflügen auf die Piste 14 (Nordanflug, aus Deutschland kommend) getestet. «Wir benötigen diese Anzahl ähnlicher Anflüge, um eine breite Datenbasis zur Funktion von LNAS zu erhalten», erklärt Fethi Abdelmoula vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik. Die Flüge werden sowohl flugmechanisch als auch aus Sicht von 25 teilnehmenden Airline-Piloten auf ihre Praxistauglichkeit untersucht. Ein DLR-Testpilot sitzt als Sicherheitspilot immer mit im Cockpit. Ein Team von Wissenschaftlern begleitet die Flugversuche an Bord und überwacht die Funktionsweise des Systems.

Mit sieben Lärmmessstationen entlang der Anflugachse zeichnen die Forscher der Empa-Abteilung Akustik/Lärmminderung die Überflüge auf. Während jedes Anflugs wird jeweils die Konfiguration des Testflugzeugs aufgezeichnet, also die Leistung der Triebwerke, Stellung der Landeklappen, der Bremsklappen und des Fahrwerks. All diese Daten fliessen in das an der Empa entwickelte Lärmsimulationsprogramm sonAIR. Mit Hilfe des Programms kann die Lärmbelastung, die der Flug verursacht, am Computer nachmodelliert und für einzelne Standorte am Boden dargestellt werden. Aus den Simulationsdaten entstehen dann detaillierte Lärmkarten, die die Wirkung des LNAS-Assistenzsystems in der Region um den Flughafen dokumentieren und Unterschiede zu herkömmlichen Anflügen genau aufzeigen. «sonAIR wurde gezielt für die Lärmoptimierung von An- und Abflugverfahren entwickelt», sagt Jean-Marc Wunderli, Leiter der Empa-Abteilung Akustik/Lärmminderung. «Das gemeinsame Projekt mit dem DLR und SkyLab gibt uns die Möglichkeit, die Lärmbelastungen aus unserer Simulation mit den realen Daten der sieben Messstationen zu vergleichen und die Qualität unserer Berechnung zu überprüfen.»

«Die sich stetig ändernden Bedingungen wie Wind und Fluggewicht machen das präzise Fliegen vertikaler Profile eines lärmarmen Anflugverfahrens hochkomplex», sagt der DLR-Testpilot Jens Heider, der bei den Flugversuchen im Cockpit des A320 sitzt. Um möglichst lärmarm landen zu können, ist ein optimaler Energiehaushalt während des Anfluges essentiell. Das LNAS-Assistenzsystem zeigt dem Piloten dafür auf einem Display intuitiv und auf einen Blick die optimalen Zeitpunkte für das Setzen der Landeklappen und das möglichst späte Ausfahren des Fahrwerks. «Handelt der Pilot nach diesen Vorgaben, kann der Anflug von der Reiseflughöhe bis hinunter auf die Stabilisierungshöhe von 1000 Fuss über Grund mit minimaler Geräuschentwicklung und möglichst geringem Treibstoffverbrauch durchgeführt werden», fasst Abdelmoula die Vorteile zusammen.

«Optimal wäre ein Sinkflug im Leerlauf, wie bei einem Segelflugzeug», erklärt Martin Gerber, Projektleiter und Initiator der Weiterentwicklung von LNAS. «Mithilfe des Assistenzsystems wollen wir die Anzahl der energetisch suboptimalen Anflüge reduzieren und Piloten die dafür nötigen Informationen auf intuitiv fassbare Weise vermitteln.» Physikalische Grundprinzipien könne man nicht ändern, die Zahl der akustisch ungünstigen Anflüge lasse sich jedoch mit Sicherheit reduzieren.

Die Ergebnisse der ausgewerteten Flugversuche in Zürich werden für das Frühjahr 2020 erwartet. LNAS soll mittelfristig als industrialisierte Lösung in das Flugmanagementsystem von regulären Linienflugzeugen implementiert werden. Die Zeichen stehen gut, dass die in diesem Projekt entwickelten innovativen Lösungen weltweit zum Fliegen kommen.

Im Rahmen eines von der «Swiss SkyLab Foundation» initiierten dreijährigen Forschungsprojekts wurde zusammen mit der Empa und dem Deutschen Zentrum für Luftund Raumfahrt (DLR) das Pilotenassistenzsystem LNAS («Low Noise Augmentation System») für den «Continuous Descent Approach» (CDA) weiterentwickelt. Das Projekt wird durch das Bundesamt für Zivilluftfahrt (BAZL), das Amt für Verkehr der Volkswirtschaftsdirektion des Kanton Zürich und das Bundesamt für Umwelt (BAFU).

Weitere beteiligte Organisationen sind Skyguide, die während dieser Woche die Testflüge leitet, der Flughafen Zürich für Unterstützung und Koordination der Anflüge, 25 Piloten von Swiss Airlines, Edelweiss, Condor und Lufthansa, die das neue System erproben, die Schweizer Luftwaffe, die die temporäre Stationierung des Forschungsflugzeuges in Dübendorf ermöglicht und die Swissport, die mit ihrem Service am Boden unterstützt.

Bei SkyLab handelt es sich um eine 2016 gegründete Stiftung zur Förderung der wissenschaftlichen Nutzung von Flugplattformen in der Schweiz. SkyLab arbeit über den Space Hub der Universität Zürich (UZH) mit dem Switzerland Innovation Park Zurich zusammen. SkyLab hat zusammen mit der UZH die regelmässigen Schwerelosigkeits-Forschungsflüge ab dem Flugplatz Dübendorf ins Leben gerufen.