Projekt "Next Generation Train"

Mit römischer Katapulttechnik zum Zug der Zukunft

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Forschung für den Express der Zukunft: Sigfried Loose, Leiter der Gruppe Experimentelle Fahrzeugaerodynamik und Vater des Projekts „Next Generation Train“, mit einem Zugmodell in der Seitenwind-Versuchsanlage.

Göttingen. Eine ungewöhnliche Modelleisenbahnanlage ist in einer Halle auf dem Gelände des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen aufgebaut.

Dort wird für den Zug der Zukunft geforscht.

Die Bahnstrecke hat nur ein einziges Gleis, das 60 Meter schnurgeradeaus führt und in einem Haufen Styroporkugeln endet. Statt Signalanlagen, Faller-Häuschen und simulierter Landschaften gibt es entlang der Strecke lediglich eine Haube aus Plexiglas, die mit Kabeln und Sonden bestückt ist. Wissenschaftler können hier das Fahrverhalten von bis zu 400 km/h schnellen Zügen in Tunneln testen. „Diese Tunnelsimulationsanlage ist weltweit einzigartig“, sagt der Leiter des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungsmechanik, Professor Andreas Dillmann. Das Ziel der Forscher ist ehrgeizig: Sie wollen einen Hochgeschwindigkeitszug entwickeln, der dem Flugzeug Konkurrenz machen kann.

Spektakuläre Anlage

Die spektakuläre Versuchsanlage ist Bestandteil des Projekts „Next Generation Train“, mit dem sich Forscher aus neun DLR-Instituten seit mehreren Jahren beschäftigen. Auf den ersten Blick gleichen die Anforderungen, die der „Zug der Zukunft“ erfüllen soll, einer Quadratur des Kreises: Der Superzug soll bis zu 400 km/h und damit um 25 Prozent schneller fahren können als heutige ICE-3-Züge. Gleichzeitig soll er mehr Passagiere transportieren und nur noch halb so viel Energie pro Sitzplatz verbrauchen. Außerdem muss er die vorgeschriebenen Sicherheitsstandards erfüllen und so ausgelegt sein, dass er auch bei unterschiedlichsten Fahr- und Streckenverhältnissen nicht umkippt, abhebt oder entgleist. Als wäre das alles nicht schon kompliziert genug, soll der Zug der Zukunft auch noch weniger Lärm verursachen und den Passagieren mehr Komfort bieten.

Um diesen Fragestellungen nachgehen zu können, müssen die Forscher modellhaft möglichst reale Bedingungen simulieren können. Der besondere Clou der Tunnelsimulationsanlage besteht in der Verbindung von modernster Messtechnik mit antiken Wehrtechniken. Die Göttinger Forscher hatten nach einer effizienten Methode gesucht, um Zugmodelle in kürzester Zeit beschleunigen zu können. Fündig wurden sie bei den alten Römern: Diese setzten vor 2000 Jahren so genannte Torsionsgeschütze ein, um Pfeile auf ihre Gegner zu schießen, und erzielten dabei Geschwindigkeiten von bis zu 200 Stundenkilometern. Die Göttinger Anlage kombiniert die römische Katapulttechnik mit heutigen Flugzeugkatapulten.

Gefahr im Tunnel durch starke Druckwellen

Physikerin Daniela Heine untersucht seit vier Jahren die Ausbreitung von gefährlichen Druckwellen in Tunneln. Sie sucht nach Lösungen.

Besonders kritisch ist bei Hochgeschwindigkeitszügen die Tunneleinfahrt. „Dabei entsteht eine Druckwelle, die ähnlich wie bei Überschallflugzeugen Knallgeräusche auslösen kann. Je schneller der Zug und je enger der Tunnel, desto stärker ist die Druckwelle“, erklärt sie. Genau hier liegt das Problem: Um mehr Passagiere transportieren zu können, werden die neuen Züge doppelstöckig ausgelegt sein und damit eine deutlich höhere Querschnittsfläche haben. Damit nehmen sie auch mehr Tunnelfläche ein und lösen eine stärkere Druckwelle aus.

„Um zu verhindern, dass sich die Druckwelle im Tunnel auftürmt und am Ende einen lauten Knall erzeugt, muss der Druckanstieg bei der Einfahrt möglichst flach verlaufen“, erklärt die Physikerin. Hierfür hat sie bereits einen Lösungsansatz gefunden: Ein dem Tunnel vorgelagertes Portal mit vertikalen Lüftungsschlitzen kann die Druckwelle um bis zu 70 Prozent abschwächen. Ein anderes Problem - vor allem für doppelstöckige Hochgeschwindigkeitszüge - ist der Seitenwind. Schon bei Tempo 300 wird die Spitze von doppelstöckigen Zügen entlastet, bei Tempo 400 ist der Effekt entsprechend größer. „Bei starkem Seitenwind könnte der Triebkopf trotz eines Zuggewichts von hunderten von Tonnen kippen“, erläutert Sigfried Loose. Mit einer speziellen Seitenwind-Versuchsanlage können die Göttinger Forscher zudem simulieren, welche Kräfte und Drücke bei Seitenwind auf einen Schnellzug wirken und Wege erforschen, wie sich diese Empfindlichkeit verringern lässt.

Großes Potenzial

Für den DLR-Standort Göttingen birgt die Zugforschung auch ein großes wirtschaftliches Potenzial. Weil der Zugverkehr immer mehr an Bedeutung gewinnt und vielerorts neue Hochgeschwindigkeitsstrecken gebaut werden, bekommen die Aerodynamik-Experten inzwischen Aufträge von Zugherstellern aus aller Welt. 

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