Virtueller Windkanal für das nachhaltigere Flugzeug von morgen
DLR-Software-Institut zieht im Herbst in Neubau auf dem Uni-Campus Dresden um
Dresden, 18. Juli 2024. Damit die deutsche und europäische Luftfahrtindustrie bald umweltfreundlichere Flugzeuge bauen kann, die per Strom, Wasserstoff oder Synthese-Kerosin angetrieben werden, programmiert das „Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt“ (DLR) in seinem Dresdner „Institut für Softwaremethoden zur Produkt-Virtualisierung“ (DLR-SP) die passende moderne Software für diese Entwicklungsprojekte: Digitale Zwillinge, Simulationen und andere Programme rund um die Flieger der nächsten Generation.
Seit der Gründung 2016 mit damals zwei Forschern ist das Team um Direktorin Prof. Sabine Rolle auf 62 Informatiker, Physiker, Mathematiker und andere Fachleute gewachsen. Weil der Platz im Interimsquartier in den „Universellen Werken Dresden“ längst zu knapp geworden ist, hat der Freistaat den DLR-Experten nun einen rund 12,8 Millionen Euro teuren Instituts-Neubau auf den Hauptcampus der TU Dresden hingestellt. Heute war die offizielle Eröffnung – wobei die Wissenschaftler allerdings erst nach der sächsischen Landtagswahl im September umziehen werden.
Digitalisierung soll Schlüssel zur „klimaverträglichen Luftfahrt“ liefern
„Die Digitalisierung ist ein wichtiges Werkzeug, um die Transformation zur klimaverträglichen Luftfahrt deutlich zu beschleunigen“, ist die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Anke Kaysser-Pyzalla überzeugt. So arbeiten die SP-Experten und Expertinnen beispielsweise daran, mit digitalen Zwillingen den gesamten Lebenszyklus der Maschinen vom Entwurf bis zum Recycling zu erfassen. Auch wollen sie mit digitalen Simulationen den Zertifizierungsprozess für neue Flugzeuge straffen. Zudem wird schrittweise eine vorausschauende Wartung der Jets möglich. Diese „Predictive Maintenance“-Technologie soll unnötige Ausbauten überflüssig macht, andererseits aber auch entstehende Schwachstellen schneller erkennen.
Zu undurchsichtig: Standard KI ist für Flugzeug-Designer tabu
Im Fokus des DLR-SP stehen neben Digitalen Zwillingen und digitalen Simulationen beispielsweise auch Plattformen für den Datenaustausch in der Luftfahrtindustrie und mit den Fluggesellschaften sowie eine stärkere Automatisierung der Flugzeug-Entwurfssysteme. „Die Entwicklung neuer Flugzeuge wird immer langwieriger“, erklärt Jens Rohde von „Airbus“: Für den A320 seien die Ingenieure noch mit zwei Jahren hingekommen, beim Langstreckenflieger A350 waren es schon vier Jahre. Gründe: Die Modelle werden komplexer, die Veränderungen im laufenden Designprozess zahlreicher. Auch dürfen die Entwickler nicht jedes verfügbare Werkzeug wie etwa die frei verfügbaren Künstlichen Intelligenzen nutzen, weil dies bei der Zulassung des neuen Flugzeugmodells kaum lösbare Probleme in puncto Transparenz und Nachvollziehbarkeit aufwirft. An Lösungen für all diese Herausforderungen arbeiten Ingenieurinnen wie Dr. Kathrin Stahl vom DLR-SP in Dresden. Einige dieser neuen Software-Pakete aus Dresden, der jede Veränderung nachvollziehbarer machen und automatisch simulieren, bewähren sich bereits in der Industrie: „Dadurch können wir inzwischen mehr Varianten durchrechnen“, lobt Airbus-Experte Jens Rohde.
Auch fliegende Stromer und Wasserstoff-Flugzeuge im Fokus
Auf eben solche Ansätze zielt Kaysser-Pyzalla mit ihren Wünschen nach mehr „Nachhaltigkeit“ und „Beschleunigung“ in der Flugzeugentwicklung: Wenn sich Bauteile oder ganze Flugzeuge dank der Software aus dem Dresdner Institut künftig bereits vorab am virtuellen Zwilling zertifizieren lassen, noch bevor das erste physische Flugmuster gebaut ist, kann dies die Innovationszyklen verkürzen. Zudem werden Konstruktions-Probleme früher erkennbar. Und: In der Simulation wie auch am Digitalen Zwilling können die Maschinenbauer, Flugzeugkonstrukteure und Strömungsexperten sofort ausprobieren, wie sich die Aerodynamik, Stabilität und das Flugverhalten eines Zukunfts-Fliegers verändert, wenn sie zum Beispiel zusätzliche Wasserstoff-Tanks in den Tragflächen unterbringen, wenn sie die Brennstoffzellen oder Großakkus woanders im Rumpf positionieren wollen.
Cara und Caro sind das Superrechner-Rückgrat im DLR
Um all dies zu berechnen, hat das DLR-SP bereits 2020 einen millionenteuren Petaflop-Supercomputer „Cara“ im benachbarten Lehmann-Superrechnerzentrum der TU Dresden installiert. Cara fungiert gemeinsam mit der Brudersystem „Caro“ in Göttingen als der „virtuelle Windkanal für das DLR“ wie es Dr. Immo Huismann formuliert. Um die Wartung und den Betrieb von Cara kümmert sich die TU Dresden und deren Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH). Das beheizt übrigens im Winter mit der Abwärme von Cara & Co. den DLR-Neubau mit, künftig auch teils das Dresdner Fernwärmenetz.
Supercomputer-Expertise in Dresden und Drängelei der Politiker half bei Standort-Zuschlag
Diese Betreuung durch die Supercomputer-Auskenner der Technischen Universität war im Übrigen vor sieben Jahren auch einer der Gründe, warum das DLR sein neues Software-Institut in Dresden ansiedelte – damals noch als Gast in einem Uni-Komplex an der August-Bebel-Straße, erinnert sich Gründungsdirektor Prof. Norbert Kroll. Für die sächsische Landeshauptstadt habe aber auch das vehemente Werben und die Unterstützung durch Landesregierung, Stadt und den Branchenverband „Silicon Saxony“, die elaborierte Forschungslandschaft und das Ökosystem aus Softwareschmieden und Luftfahrtunternehmen in Sachsen gesprochen.
„Bedeutender Akteur an der Schnittstelle zwischen Informatik und Luftfahrt“
Die Drängelei der Sachsen hat sich für sie ausgezahlt – auch wenn der Freistaat inzwischen schon erhebliche zweistellige Millionenbeträge in das Institut hineingesteckt hat: „Das DLR-SP ist ein bedeutender Akteur an der Schnittstelle zwischen Informatik und Luftfahrt“, betont Wirtschaftsminister Martin Dulig (SPD). „In direkter Nachbarschaft zur Informatik-Fakultät der Exzellenzuni Dresden wird das Institut zum weiteren Wachstum der florierenden
Softwarelandschaft in Sachsen beitragen.“
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: DLR-SP, Vor-Ort-Besuch, Oiger-Archiv, Wikipedia, Linkedin, Bundestagsabgeordneter Markus Reichel
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