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Hochschule Nordhausen
Der Windkanal Göttinger Bauart: Ein Überblick über Historie, Aufbau und Funktionsweise
Der Windkanal Göttinger Bauart: Ein Überblick über Historie, Aufbau und Funktionsweise
Veröffentlicht am: 19. Mai 2026
von Christin Rothe
Windkanäle bilden seit mehr als 100 Jahren einen essenziellen Bestandteil bei der Erforschung aerodynamischer Effekte und tragen maßgeblich zu deren Verständnis bei. Heute existieren je nach Anwendungsbereich verschiedenste Konstruktionen und Messaufgaben. Ein Beispiel hierfür ist der in der Hochschule Nordhausen installierter Windkanal, dessen Vorstellung nach einem allgemeinen Überblick über die Historie und verschiedenen Bauformen im Fokus stehen wird.
In zahlreichen Lebenssituationen werden die Gesetze der Aerodynamik entweder intuitiv richtig angewandt oder ihre Effekte durch technische Anwendungen vorteilig genutzt. Ob es sich nun um den Tragflügel eines Flugzeugs oder das Design der Rotorblätter einer Windkraftanlage handelt, in jedem Fall muss die Formgebung so gewählt werden, dass die Anlagen effizient arbeiten. Die im Entwicklungsprozess durchgeführten Berechnungen und Simulationen werden dabei auch durch Messungen in Windkanälen unterstützt. Sie haben den Vorteil, dass das Strömungsverhalten zunächst unter idealen Bedingungen sowie im Modellmaßstab untersucht werden kann. Dieses Vorgehen ist dabei nicht nur ressourcenschonend und entwicklungsfördernd, sondern auch ökonomisch vorteilig, da nicht alle Entwicklungsschritte direkt in Realgröße gebaut werden müssen.
Eine solche praxisorientierte Methodik konnte während der gesamten historischen Entwicklung der modernen Luftfahrt beobachtet werden. Eingeläutet durch den ersten Menschenflug von Otto Lilienthal im Jahr 1891 [1] wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts auch die Entwicklung von Windkanälen international vorangetrieben. Sie lieferte nicht nur in der Vergangenheit, sondern liefert bis heute einen essenziellen Beitrag für die Erforschung der Aerodynamik. Können im Freien Randbedingungen wie die Strömungsgeschwindigkeit, das Auftreten von Böen oder der Turbulenzgrad kaum beeinflusst werden, wird dies mit einem Windkanal möglich. Durch eine geeignete Konstruktion und die Verwendung entsprechender Einbauten ist zudem ein über den Querschnitt der Teststrecke annähernd laminares Strömungsfeld realisierbar. Ein solches unterscheidet sich von turbulenten Strömungsregimen u. a. durch die parallelen, geordneten Strömungspfade der einzelnen Luftpartikel. Diese idealisierten Testbedingungen halfen und helfen bis heute, die komplexen physikalischen Zusammenhänge des Strömungsverhaltens zu untersuchen und zu beschreiben. Mittels verschiedener Testreihen wurden während der ersten Hälfte des vergangenen Jahrhunderts u. a. eine Vielzahl an wegweisenden aerodynamischen Profilen, im Englischen Airfoils genannt, entwickelt [2; 3]. Dieser Prozess hält bis heute an und liefert(e) einen wesentlichen Beitrag für die (Weiter-)Entwicklung der modernen Luftfahrt und Windkraftanlagentechnik [4].
In Bezug auf die Windkanalentwicklung nahmen Göttingen und Paris zentrale Rollen ein, da an diesen Orten zwei wegweisende Entwicklungen nicht nur erarbeitet, sondern auch realisiert wurden. Es entstanden zwei unterschiedliche Konstruktionsansätze, die bis heute Verwendung finden. In der Modellversuchsanstalt der Motorluftschiff-Studiengesellschaft in Göttingen (spätere Umbenennung in Aerodynamische Versuchsanstalt, kurz AVA) entwickelten Prof. Prandtl und sein Team um das Jahr 1907 den weltweit ersten geschlossenen Rückführungskanal. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass die Luftströmung im Kreis geleitet wird [5; 6]. Im Gegensatz dazu entwarfen der französische Ingenieur Gustave Eiffel, der Namensgeber des Eiffelturms und seine Forschungsgruppe um 1912 eine axiale Konstruktionslösung [7; 8]. Bei dieser ändert die Luftströmung im Kanal ihre Richtung nicht. Sie wird auf der einen Seite durch den Ventilator angesaugt und beschleunigt, strömt axial durch den Windkanal und verlässt diesen auf der gegenüberliegenden Seite über die Austrittsöffnung entsprechend. Die ausgetretene Luft wird im Gegensatz zur deutschen Entwicklung nicht direkt erneut angesaugt, sondern strömt frei in die Umgebung ab. Auch wenn heute eine Vielzahl an verschiedenen Komponentenanordnungen und konstruktiven Lösungen existieren, können doch alle Kanäle der geschlossenen oder offenen Bauform zugeordnet werden. Ihren Erfinder:innen zu Ehren wird dabei auch von der (geschlossenen) Göttinger Bauart oder der (offenen) Eiffelbauart gesprochen. Bei letzterer war die Teststrecke zunächst offen ausgeführt, wohingegen sie in späteren Entwicklungen teils auch als abgeschlossene Ausführung zu finden ist. Solche Varianten werden mitunter auch unter dem Begriff der NPL-Bauart geführt. Auch bei den Göttinger Windkanälen existieren Modelle mit geschlossenen und offenen Teststreckenkonstruktionen. Zudem können sie in liegender oder stehender Form ausgeführt werden [9].
Der Windkanal an der Hochschule Nordhausen ist der Göttinger Bauart in einer stehenden Ausführung und mit offener Teststrecke zuzuordnen. In der Abbildung 1 ist eine zunächst schematische Darstellung seiner Konstruktion zu sehen, wobei auch die einzelnen Komponenten und verbauten Sensoren ausgewiesen werden.
Abbildung 1: Schematische Darstellung des Windkanals Göttinger Bauart an der Hochschule Nordhausen inklusive Beschriftung der einzelnen Komponenten (R. M. Rathje)
Angetrieben durch einen Elektromotor wird das Axialgebläse ② in Rotation versetzt, saugt infolgedessen die den Kanal umgebende Luft über den Gebläseeinlauf ① an und beschleunigt sie. Über Umlaufecken ③ sowie Luftführungselemente ④ wird die beschleunigte Luft entsprechend der Abbildung durch den Kanal geleitet. Im Inneren befinden sich hier keine weiteren Einbauten, sondern lediglich ein mit Holz verkleideter Innenraum. Wie zuvor erläutert, wird in der Teststrecke ein annähernd laminares Strömungsfeld benötigt. Eine alleinige Beschleunigung der Luftmassen durch den Ventilator ist demnach nicht ausreichend, da die Luftströmung noch durch einen zu hohen Grad an Turbulenz geprägt ist. Um dieses zu senken und letztlich ein annähernd laminares Strömungsfeld zu generieren, wird die Luftströmung über den Weitwinkeldiffusor ⑤ in die Vorkammer ⑥ geleitet. Diese kompakt gebaute Querschnittserweiterung führt gemäß der Massenkontinuität zu einer Verlangsamung der Luftströmung bevor sie den Strömungsgleichrichter passiert. Seine Geometrie ist durch eine in Abbildung 2 gezeigt Wabenstruktur (engl. honey comb structure), die als Leiteinrichtung fungiert, gekennzeichnet.
Abbildung 2: Musterbeispiele von zwei verschiedenen Wabenstrukturen (Fotos: C. Rothe)
Unabhängig, aus welcher Richtung die Luft einströmt, wird der Strömungspfad so durch die Geometrie abgelenkt, dass alle Luftpartikel in die gleiche und zum Boden des Kanals parallele Hauptströmungsrichtung abgelenkt werden. Trotz identischer Hauptrichtung befinden sich in der Strömung jedoch immer noch Verwirbelungen mit lokalen Geschwindigkeitsunterschieden. Um auch diese zu eliminieren, folgen nach der Wabenstruktur drei Beruhigungsgitter, die sich als über den gesamten Querschnitt aufgespannte Siebe vorgestellt werden können. Ähnlich dem Sandkastenprinzip wird die Siebgröße von Rahmenelement zu Rahmenelement feiner. Nachdem die Luftströmung auch das letzte Sieb durchströmt hat, ist sie durch ein annähernd laminares Strömungsverhalten mit nun niedrigerem Turbulenzgrad gekennzeichnet. Das letzte Element, die Düse ⑦ hat schließlich die Aufgabe, die Strömungsgeschwindigkeit wieder zu erhöhen. Durch sie wird die Querschnittsfläche des Strömungskanals verkleinert, um gemäß des Massenerhaltungssatzes die Windgeschwindigkeit vor ihrem Eintritt in die Teststrecke wieder zu erhöhen. Die Drehzahl des Axialgebläses kann stufenlos im Bereich von 0 min-1 bis 1470 min-1 eingestellt werden, wobei bei maximaler Leistung eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 65 m/s (ca. 234 km/h) in der Teststrecke erreicht werden kann. Die Tabelle 1 fasst diese und weitere technische Daten nochmals zusammen.
Tabelle 1: Übersicht über die relevantesten geometrischen und technischen Daten des Windkanals an der Hochschule Nordhausen
Um ein Realsystem mit dem zumeist kleineren Modellaufbau vergleichen zu können, müssen die Strömungen ähnlich sein. Die Reynoldszahl (Ähnlichkeitszahl) beschreibt das Verhältnis der Trägheitskräfte zu den viskosen Kräften und verbindet somit die Viskosität sowie Geschwindigkeit des umströmenden Mediums mit der charakteristischen Länge, z. B. des Prüfkörpers. Bereits während der Messplanung muss alles entsprechend ausgelegt werden. Nicht jeder Windkanal ist dabei für jede Messaufgabe geeignet.
Um u. a. die Reynoldszahl sowie auch weitere relevante Messgrößen in Echtzeit bestimmen zu können, sind verschiedene Sensoren am und im Windkanal verbaut. Ein Prandtl-Rohr dient als Anemometer (Geschwindigkeitsmesser) in der Teststrecke, ein Barometer stellt den Umgebungsdruck und ein Temperatursensor die Temperatur der strömenden Luft bereit. In der Vorkammer sind ebenfalls Relativdrucksensoren verbaut. In der in Abbildung 3 gezeigten Teststrecke können je nach Bedarf weitere Sensoren angebracht werden. Der hier zudem montierte Konstruktionsarm dient als Halterung für z. B. aerodynamische Flügelmodelle.
Abbildung 3: Teststrecke des Windkanals mit montiertem NACA 0015 Modell; Gebläseeinlauf auf der linken und Düsenaustritt auf der rechten Seite (Fotos: C. Rothe)
Bei dem gezeigten Aufbau ist ein Flügelprofil mit NACA 0015 Profilierung (vgl. hierzu auch das Video mit eben diesem Aufbau) montiert. Sein Anstellwinkel, der die Anstellung des Profils gegenüber der Anströmung von vorn beschreibt, kann über die Ansteuerung eines Stellantriebs zwischen -10° bis +30° variiert werden. Außerdem ist die Verstellung um die vertikale Drehachse in einem Bereich von -180° bis +180° möglich. Die stufenlose Steuerung des Anstellwinkels und die variabel einstellbare Strömungsgeschwindigkeit in der Teststrecke ermöglichen die Vermessung von aerodynamischen Profilen. Im Lehrkontext liegt dabei ein besonderer Fokus auf der Druckverteilung und Kräftemessung, da beide direkt aufeinander aufbauen und für das Verständnis der Aerodynamik die Grundlage bilden. Im Rahmen von Laborpraktika führen Studierende hier Geschwindigkeits-, Druck- und Kraftmessungen durch und erhalten einen ersten praktischen Einblick, welcher die in der Vorlesung geschaffenen theoretischen Kenntnisse unterstützt.
Im Lehrbetrieb wird die bei den jeweiligen Randbedingungen wirkende Druckverteilung am Profil mittels Flüssigkeitsmanometer vermessen. Jeweils 10 Druckbohrungen auf der Profilober- und -unterseite sind hierbei über Schläuche mit einem Flüssigkeitsmanometer verbunden. Je nachdem, ob an dem betreffenden Punkt des Profils ein im Vergleich zum Umgebungsdruck Über- oder Unterdruck vorherrscht, sinkt oder steigt die Flüssigkeitssäule im Manometer entsprechend. Über die Messung der Höhendifferenz bezogen zum Nullniveau kann Rückschluss auf den am Messpunkt wirkenden statischen Druck genommen werden. Wie die Abbildung 4 zeigt, liegt der Vorteil dieses analogen Messaufbaus in der Visualisierung der Druckverteilung. Die mittlere Darstellung zeigt eine Beispielmessung am Testflügel mit der Profilierung NACA 0015. Die linke Manometerhalbseite ist dabei mit den Bohrungen auf der Ober- und die rechte mit jenen der Profilunterseite verbunden. Das jeweils am weitesten rechts positionierte Röhrchen der jeweiligen Halbseite hat keine Verbindung und kennzeichnet die Referenzhöhe. Durch den an der Profiloberseite bestehenden Unterdruck, steigen die dortigen Flüssigkeitssäulen an. Demgegenüber sinken die Flüssigkeitslevel auf der rechten Halbseite (Profilunterseite) auf Grund des dort wirkenden Überdrucks ab. Bei einer Änderung der Randbedingungen, z. B. des Anstellwinkels können die Auswirkungen auf die Druckverteilung direkt am Manometer beobachtet werden und gewähren sowohl Studierenden als auch Besuchern einen unmittelbaren Einblick.
Abbildung 4: Flüssigkeitsmanometer außerhalb der Messung (links); sich einstellende Druckverteilung mit Unterdruck auf der Profiloberseite und Überdruck auf der Profilunterseite (Angabe des Referenzlevels durch die auf der jeweiligen Halbseite ganz rechts befindliche Flüssigkeitssäule) – NACA 0015, V = 31 m/s, α = 15°, Re = 367 900 (Mitte); Rückansicht mit Anschlussstellen des Profils an der Ober- und Verteilsystem des technischen Alkohols an der Unterkante (rechts)
(Fotos: C. Rothe)
Auf Grund des Druckunterschieds zwischen der Profiloberseite (Saugseite) und Profilunterseite (Druckseite) wird im Arbeitsbereich eines Profils ein Auftrieb generiert. Die Auftriebs- sowie wirkende Widerstandskraft können mit Hilfe eines zweiten Messaufbaus ermittelt werden. Bei diesem wird das Flügelprofil (oder ein alternativer Prüfkörper) an einer Dreikomponentenkraftwaage montiert. Mittels einer an der Hochschule eigens für den Windkanal entworfenen LabVIEW-Benutzeroberfläche [10] können die gemessenen Kräfte angezeigt, visualisiert und entsprechend exportiert werden. Im Fall von Profilvermessungen wird darüber beispielsweise die Aufzeichnung von Kennkurven realisiert. Die sogenannten Polaren geben die wirkenden Kräfte bei den jeweiligen Randbedingungen in dimensionsloser Form wieder und ermöglichen den Vergleich unterschiedlicher Profile.
Um Ihnen zum Abschluss dieses Beitrags einen kleinen Einblick in die Anlage geben zu können, finden Sie nachfolgend einen kurzen Videobeitrag, welcher an unserem Windkanal entstanden ist. Mittels einer Nebellanze wird hierbei Bühnennebel in die Strömung gegeben, um sie sichtbar zu machen und ihren Verlauf über das Profil entsprechend verfolgen zu können.
Video ©Hochschule Nordhausen, 2026 | Sprechertext eingesprochen von Christin Rothe
Übersichtsposter zum Windkanal Göttinger Bauart an der Hochschule Nordhausen
Stand: Mai 2026, Autoren: R. M. Rathje, C. Rothe
Haben Sie noch weitere Fragen oder ein konkretes Anliegen? Dann kontaktieren Sie uns gerne unter ed.nesuahdron-sh@ter.ni.
Literaturverzeichnis
[1] Otto Lilienthal – Der erste Flieger – Der erste Flieger der Menschheit [online]. https://www.otto-lilienthal.de/otto-lilienthal.html [Zugriff am: 27. Apr. 2026].
[2] Hansen, J. R. Engineer in charge: a history of the langley aeronautical laboratory, 1917-1958.
[3] Prandtl, L.; Betz, A. (2009) Ergebnisse der Aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen – IV. Lieferung. Göttingen: Göttingen University Press.
[4] Leishman, J. G. (2023) Introduction to aerospace flight vehicles / J. Gordon Leishman. [Daytona Beach, FL]: Embry-Riddle Aeronautical University.
[5] Die Geschichte der Luftfahrtforschung in Deutschland [online]. https://www.dlr.de/de/das-dlr/ueber-uns/geschichte-des-dlr/die-geschichte-der-luftfahrtforschung-in-deutschland [Zugriff am: 27. Apr. 2026].
[6] Wiege der Luftfahrtforschung wird 110 Jahre alt [online]. https://www.dlr.de/de/aktuelles/nachrichten/2017/20171109_wiege-der-luftfahrtforschung-wird-110-jahre-alt_24902 [Zugriff am: 26. Apr. 2026].
[7] Eiffel Aerodynamics Laboratory [online]. https://gustaveeiffel.com/en/ouvrages/eiffel-aerodynamics-laboratory/ [Zugriff am: 27. Apr. 2026].
[8] Histoire du laboratoire [online]. https://www.aerodynamiqueeiffel.fr/a-propos/histoire-du-laboratoire/ [Zugriff am: 27. Apr. 2026].
[9] Barlow, J. B.; Rae, W. H.; Pope, A. (1999) Low-speed wind tunnel testing. 3. ed. New York, Weinheim: Wiley.
[10] National Instruments Corporation LabVIEW2022 Q3 [Software]. https://www.ni.com/de/shop/labview [Zugriff am: 27. Apr. 2026].
Christin Rothe
