Innovative Beschichtung der Tragfläche reduziert Luftwiderstand
Etwa 25 % der Kohlendioxidemissionen (CO2) der EU gehen auf den Luftfahrtsektor zurück. Technologien, welche die Aerodynamik verbessern, gehen gegen diese Statistik an, da ein verringerter Luftwiderstand den Treibstoffverbrauch senkt und die Verbrennung der Haupterzeuger von CO2 ist. Eine Quelle der Inspiration für die Wissenschaft ist oftmals die Natur. Auch die Aerodynamik der Vögel beim Fliegen bietet einen reichen Fundus an Ideen für die Luft- und Raumfahrtingenieure. Das von der EU finanzierte Projekt PEL-SKIN (PEL-SKIN: A novel kind of surface coatings in aeronautics) erforschte eine neuartige Tragflügelbeschichtung, die ihre Inspiration aus dem beim Fliegen vor sich gehenden Aufklappen bei einigen Vögeln bezieht. Wissenschaftler haben eine Tragflächenbeschichtung (eine poröse und elastische bzw. PEL-Haut) entwickelt, die aus einer dicht gepackten Anordnung flexibler Fasern besteht, die sich neu konfigurieren und an eine Strömungsabtrennung rund um den Flügel anpassen können. Die Forscher griffen auf eine Kombination aus theoretischen, rechnerischen und experimentellen Untersuchungen zurück. Die Forschungsarbeiten geben einen tieferen Einblick in die Wechselwirkungen zwischen Fluidströmungen und Flügelstruktur und führten letztlich zur Entwicklung eines neuen Modells zur Untersuchung der Strömungssteuerung durch die poroelastische Beschichtung hin. Dieses neue Konzept der Strömungssteuerung kann die aerodynamische Effizienz erheblich steigern sowie die Stabilität durch Verzögerung des Strömungsabrisses und Reduzierung von durch Windstöße beim Starten und Landen erzeugten Schwingungen verbessern, wenn die Effekte der Grenzschichtabtrennung ausgeprägt sind. Im Vergleich zu feststehenden, starren Vorrichtungen kann sich diese PEL-Beschichtung flexibel bewegen, verformen und an das umgebende Strömungsfeld anpassen. Sie wird nur dann aktiviert, wenn die Grenzschicht abgetrennt ist und mit der Strömungsrezirkulationszone interagiert, um den Luftwiderstand durch Wechselwirkungen mit der wandnahen Strömung zu verringern. Während der Flugphase bleibt die PEL-Beschichtung inaktiv und auf gleicher Ebene mit der Flügeloberfläche, anders als die klassischen montierten Vorrichtungen, die ein Hindernis für die Luftströmung darstellen. Die im Rahmen des Projekts erzielten Fortschritte bei der Manipulation der Luftströmung könnten erhebliche Treibstoffeinsparungen mit sich bringen. Die Entwicklungen von PEL-SKIN versprechen einen deutlich reduzierten Luftwiderstand und leisten so einen wichtigen Beitrag zur Konkurrenzfähigkeit und Nachhaltigkeit des Luft- und Raumfahrtsektors.
Schlüsselbegriffe
Oberflächenbeschichtung, Luftwiderstand, Flugzeugtragflächen, Flugzeugflügel, Strömungssteuerung, Luftfahrt, PEL-SKIN, Tragflügel, Tragfläche, Luftleitblech
