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Wissen Ein Avatar für ein Flugzeug: Virtuelle Zwillinge in der Luftfahrt
Nachrichten Wissen Ein Avatar für ein Flugzeug: Virtuelle Zwillinge in der Luftfahrt
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10:00 30.03.2019
Während das reale Flugzeug in der Luft ist oder am Boden steht, bildet sein Zwilling ein riesiges Datenpaket zur Analyse ab: Die Digitalisierung eröffnet der Luftfahrtbranche neue Möglichkeiten. Quelle: iStockphoto
Hamburg

Gut eine Stunde vor der Landung erhalten die Piloten eine Fehlermeldung: ein Defekt am Bugfahrwerk. Gleichzeitig sieht ein Ingenieur am Boden auf seinem Monitor die Warnung. Er überprüft Position, Höhe, Geschwindigkeit des Flugzeugs und wie lange es noch bis zur Landung braucht. Der Ingenieur informiert die Mannschaft am Zielflughafen über mögliche Probleme und die Werkstatt über die anstehende Reparatur. Ein paar Klicks reichen.

Das Prinzip ist ein digitaler Zwilling: Während das reale Flugzeug in der Luft ist oder am Boden steht, bildet sein Zwilling ein riesiges Datenpaket auf einem Server der Fluggesellschaft ab. Dafür ist das Flugzeug digital eins zu eins nachgebildet und mit dem echten Flugzeug vernetzt worden. Lufthansa Technik hat bereits einige Maschinen der Tochter-Gesellschaft Swiss mit solch einem Zwilling ausgestattet. Das Programm heißt „Aviatar“ – eine Ableitung aus Aviation (Luftfahrt) und Avatar (virtuelle Figur).

Informationen über den „Gesundheitszustand“ des Flugzeugs

„Der digitale Zwilling eines Fliegers gibt mir immer die aktuellsten Informationen und Daten des Flugzeuges an“, erklärt Swiss-Projektmanager Marcus Di Laurenzio in seinem Blog für den Laien. So könne man auf einen Blick sehen, wo und auf welcher Höhe sich der Flieger befindet, zum Beispiel auf den Weg Richtung Hamburg. Man erkenne, dass das Flugzeug heute noch nach Zürich zurückkehrt und dann nach Berlin fliegt.

Applikationen zeigen unterschiedliche Informationen über den „Gesundheitszustand“ des Flugzeugs an, etwa welche Temperatur die Bremsscheiben haben, ob die Sauerstoffflaschen an Bord gefüllt sind und ob ein Defekt vorliegt. Im „Condition Monitoring“ lässt sich erkennen, wenn ein bestimmtes Flugzeugteil Wartungsbedarf hat. Gleichzeitig berechnet es, wie lange die Maschine im aktuellen Zustand noch weiterfliegen kann.

Auch darüber, welchen Wirbelströmungen das Flugzeug ausgesetzt ist und durch welche Böen es fliegt, geben die Funktionen Auskunft. Die Daten können monatelang zurückverfolgt werden. „Mit dieser neuen Plattform verändert sich der Wartungsprozess, die Flugzeugüberwachung und generell viele operationelle Prozesse“, schreibt Di Laurenzio.

Digitalisierung der Luftfahrt: Auch die Wirbelströmung wird virtuell erkennbar gemacht. Quelle: Marek Kruszewski

Riesige Erwartungen sind daran geknüpft: Die Daten sollen Sicherheit und Zuverlässigkeit erhöhen, die Entwicklung von Bauteilen verbessern, zu mehr Pünktlichkeit im Flugverkehr führen und die Standzeiten fehlerhafter Flugzeuge verkürzen. Die Daten sollen Fortschritt bringen – und vor allem Kosten sparen.

In anderen Industriebereichen hat der virtuelle Doppelgänger längst Einzug gehalten und bildet komplette Produkte und Prozesse ab. In der Luftfahrt ist das noch nicht so. Prof. Rolf Henke, Luftfahrtvorstand vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), ist überzeugt, dass in Zukunft weltweit alle Airlines ihren großen Passagiermaschinen einen digitalen Zwilling verpassen.

Das DLR gehört zu den größten Flugzeugforschungseinrichtungen der Welt. Im November 2017 hat es im Hamburger Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung zwei neue Institute gegründet, um die deutsche Luftfahrtforschung in den digitalen Höhenflug zu versetzen. „Das Ziel ist ein digitaler Faden, der die Durchgängigkeit aller Daten und Prozesse eines Flugzeugs über den gesamten Lebenszyklus ermöglicht – vom Entwurf bis zum Betriebsende und der Wiederverwertung von Teilen“, sagt Henke.

Vorbeugende Wartung für weniger Ausfallzeiten

Der digitale Zwilling spielt dabei eine entscheidende Rolle. Dominik Stingl, Systemingenieur und Krisenmanager bei Swiss, überwacht die digitalen Zwillinge, die im Einsatz sind. Mit dem Programm habe er die Möglichkeit, die komplette Flotte quasi im Handumdrehen analysieren zu können. „Gibt es einen Fehler am Flugzeug, können wir das schnell in den Kontext setzen: Ist es das Problem eines einzelnen Fliegers oder ist es ein bestimmter Typ oder eine bestimmte Flugphase, wo der Fehler immer wieder auftritt?“

Vorteile für Unternehmen und Passagiere versprechen sich die Entwickler insbesondere darin, wie sie mit vorbeugender Wartung Defekte und Ausfallzeiten vermeiden können. Derzeit sind die Intervalle starr, Teile eines bestimmten Flugzeugtyps werden im selben Rhythmus ausgetauscht.

Das gilt sowohl für eine Maschine, die in Europa eingesetzt ist, als auch für einen Kurzstreckenflieger in Westafrika. Also Flugzeuge des gleichen Typs, die aber ganz unterschiedlichen Bedingungen und Belastungen ausgesetzt sind. Mit dem digitalen Zwilling ließe sich der Austausch beanspruchter Teile individuell vornehmen – also dann, wenn er nötig ist.

Simulation von Strömungen an den Tragflächen eines A380. Quelle: DLR

Schon jetzt sind die Datenmengen enorm. Nach Schätzungen der Luftfahrtbranche werden im Jahr 2025 voraussichtlich mehr als 38 000 Flugzeuge weltweit in Betrieb sein. Neue Flugzeugtypen würden das Fünfzigfache heutiger Datenmengen produzieren, heißt es bei Lufthansa Technik. Weil der Wert der Daten sehr groß sein könnte, wird schon jetzt hitzig darüber diskutiert, wem sie gehören. Lufthansa ist der Meinung, dass sie den Airlines gehören.

Doch auch Flugzeughersteller haben großes Interesse daran. So startete Airbus vor gut eineinhalb Jahren seine Plattform Skywise, die ebenfalls Millionen von Daten seiner Flugzeuge sammelt. Mittlerweile sollen 3000 Jets von 30 Fluggesellschaften angeschlossen sein. DLR-Vorstand Henke plädiert dafür, die Daten auch Komponentenherstellern und Forschern zugänglich zu machen, damit sie Produkte besser machen können.

Ob die Digitalisierung am Ende sogar Abstürze wie zuletzt die der beiden Boeing 737 Max verhindern könnte, sei schwer zu beantworten, sagt Henke. „Wir können dadurch eine Menge Unfälle ausschließen, aber es ist ein komplizierter Prozess von der Programmzeile bis zum Ruderausschlag, bei dem einige Fehler passieren können.“ Auch den Flugschreiber, die sogenannte Black Box, wird der Zwilling nicht ersetzen, sagt Henke. Aber bei Untersuchungen von Unglücken könnten seine Daten eine wichtige Ergänzung sein.

Von Sonja Fröhlich

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