Leistungsfähigster aero-akustischer Windkanal

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Umrüstung Niedergeschwindigkeits-Windkanal Braunschweig und Erweiterung der Versuchshalle mit Messwarte

Am 2. Dezember 2010 eröffnete das deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Braunschweig gemeinsam mit der Stiftung Deutsch-Niederländische-Windkanäle (DNW) den leistungsfähigsten aero-akustischen Windkanal der Welt. Dieser Windkanal zählt nicht nur zu den leisesten, sondern ist auch extrem flexibel und kann für unterschiedlichste aero­dynamische und aero-akustische Untersuchungen eingesetzt werden: an Modellen von Zivil- und Militär-Flugzeugen, Raumfahrzeugen und Hubschraubern, sowie an Modellen und Großausführungen von Flugkörpern, Personen- und Lastkraftwagen, Strahltriebwerken, Propellern und Rotoren.

Aufgrund des hohen Eigenlärms von Windkanälen konnten bisher nur die dominanten Hauptquellen der Geräuscherzeugung, z.B. ausgefahrene Fahrwerke bei der Landung, erforscht werden. Andere, kleinere Lärmquellen, die in der Summe jedoch eine enorme Bedeutung haben, konnten bislang messtechnisch nicht erfasst werden.

Um auch zukünftig die erhöhten Anforderungen in der Akustikforschung erfüllen zu können, plante die DNW eine akustische Ertüchtigung des bestehenden Windkanals, der sich bereits durch sehr gute aerodynamische Eigenschaften auszeichnete.

Besonders stolz ist NWB-Leiter Dr. Andreas Bergmann auf die kurze Planungszeit. Diese war nur aufgrund der interdisziplinären Zusammenarbeit mit dem Simulationszentrum C²A²S²E im DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik möglich. So konnte die Windkanalströmung des geplanten Umbaus im Vorfeld berechnet und nach nur einjähriger Planungszeit mit der Umrüstung begonnen werden.

Vorhandene Bebauung

Der Gebäudekomplex 110 auf dem Gelände des DLR Braunschweig wurde in den Jahren 1958/60 als „Normalwindkanal“ des D.F.L geplant und gebaut. Die statischen Berechnungen und Zeichnungen dazu wurden von unserem Bürogründer Dr. Träger angefertigt.

Das Gebäude besteht aus drei eigenständigen Teilen, dem Westanbau mit 2-geschossigen Werkstattgebäuden, der ca. 300 m² großen Versuchshalle, die zwischen der westlichen und östlichen Windkanalröhre liegt, und dem Ostanbau, einem 2-geschossigen Bürogebäude. Alle Gebäudeteile wurden in Massivbauweise erstellt und sind bis auf den Gründungsbereich durch Gebäudefugen komplett voneinander getrennt.

Umbaumaßnahmen an der Windkanalröhre

Um die heutigen technischen Anforderungen erfüllen zu können, wurde eine größere schallabsorbierende Windkanalröhre erforderlich.

Dazu wurde der westliche Teil der Stahlbetonröhre einschließlich der Fundamente komplett abgebrochen. Die neue, erheblich längere Windkanalröhre wurde als frei stehende Stahlbetonröhre mit äußerer Wärmedämmung westlich an die bestehende Röhre angeschlossen. Für die neuen größeren Umlenkschaufeln mussten Teile der Ecken der Röhrenwände im östlichen Teil des Windkanals abgebrochen werden. Um die Standsicherheit weiter zu gewährleisten, wurden die Halbrahmen der Ecken mit einer Stahlkonstruktion verstärkt.

Erweiterung der Versuchshalle

Um mehr Lagerfläche für die demontierbaren aero-akustischen Einbauten zu erhalten, wurde die bestehende Halle auf der Nordseite erweitert. Der Anbau besteht aus einer Stahlrahmenkonstruktion und erstreckt sich über die gesamte bestehende Hallenbreite.

Um einen guten Blick auf die Versuchsaufbauten zu haben, wurde eine neue, 25 m lange Messwarte auf der westlichen Hallenseite geplant, die oberhalb des Windkanals liegt und in die Halle hinein ragt. Die scheinbar schwebende Messwarte ist eine architektonisch besonders ansprechende Stahlkonstruktion, deren Fußboden auf der Ebene der Arbeitsbühne liegt. Sie musste sehr leicht ausgeführt werden, da sie im Bereich des Hallenanbaus aus architektonischen Gründen nur an zwei Stellen über Zugstützen an das Hallendach angehängt werden konnte. Im Bereich der bestehenden Halle wird die Messwarte auf das Flachdach des Werkstattgebäudes gesetzt. Dieses Stahlbetondach wurde zur Abtragung der zusätzlichen Lasten mit Stahlunterzügen und Stützen ertüchtigt.

Interessantes statisches Tragsystem

Eine besondere statisch-konstruktive Herausforderung war die horizontale Anbindung des Hallenanbaus an den Bestand.

Da aufgrund des Anbaus die Arbeitsbühne auf der Nordseite abgebrochen wurde, mussten die hieraus freiwerdenden Horizontallasten – immerhin 380 kN (das entspricht etwa zehn ausgewachsenen Elefanten) – über das Stahlfachwerk der neuen Arbeitsbühne im Hallenanbau aufgenommen und über die Stahlbetonwandscheibe des Treppenhauses auf der Westseite sowie der Stahlkonstruktion des neuen Eingangs auf der Ostseite weitergeleitet und dann über die neue Gründung abgetragen werden.

Die neue Arbeitsbühne erhält jedoch nicht nur hohe horizontale Beanspruchungen, sondern auch vertikale Randlasten von 200 kN aus dem MPM (Model Positioning Mechanism). Das MPM ist eine Bewegungsplattform und lässt Bewegungen in sechs Freiheitsgraden zu. So können Flugzeugmanöver simuliert und hochpräzise Vorhersagen der Flugeigenschaften und dynamischen Lasten zukünftiger Flugzeuggenerationen gemacht werden.

Da am MPM keine niedrigen Resonanzschwingungen auftreten dürfen, wurde eine Schwingungsanalyse durchgeführt, die zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung erforderlich machte.

Auch wenn das Bauwerksvolumen des Hallenanbaus nicht besonders groß erscheint, war die statisch-konstruktive Bearbeitung aufgrund der Vielzahl der besonderen technischen Anforderungen ausgesprochen aufwändig – eine echte Herausforderung für unser Team, die wir aber zur Zufriedenheit des Bauherrn und der anderen Beteiligten gut bewältigt haben.

Projekt-Beteiligte
Bauherr: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., DLR
Nutzer: DNW (Deutsch-Niederländische-Windkanäle)
Architekt: HTP Architekten, Braunschweig
Baugrundgutachten: GGU, Gesellschaft für Grundbau und Umwelttechnik mbH
HLS-Planung: Ingenieurbüro Meyer GbR, Braunschweig
Elektro-Planung: Ingenieurbüro für Haustechnik, D. Liesegang & A. Prasse, Halle
Schwingungsberechnung: DYNATEC, Gesellschaft für CAE und Dynamik mbH, Braunschweig
Generalunternehmer Windkanalröhre: MBN Montage-Bau GmbH, Magdeburg

Einen ausführlicheren technischen Bericht können Sie hier als PDF herunterladen.
* Projekt vom Ingenieurbüro für Bautechnik, Dipl.-Ing. H.-G. Westphal

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