Insektenabweisende Beschichtung zur Verringerung des laminaren Strömungswiderstands bei Flugzeugen
Der Strömungswiderstand beschreibt die verschiedenen Kräfte, die der Vorwärtsbewegung eines Flugzeugs entgegenwirken. Dieser Strömungswiderstand erhöht sich, wenn Unebenheiten oder Lackfehler auf der Flugzeugoberfläche den Luftstrom behindern, etwa durch Anhaften toter Insekten oder Schmutzpartikel. Zur Überwindung des Strömungswiderstands muss der Motor eine Gegenkraft erzeugen, was wiederum den Treibstoffverbrauch erhöht.
Innovative Beschichtungen gegen Verschmutzungen
In den letzten Jahren wurden verschiedenste Ansätze entwickelt, etwa Beschichtungen, die das Anhaften von Insekten verringern und so die laminare Strömung erhalten. Allerdings sind diese Beschichtungen noch nicht sehr haltbar. Das EU-finanzierte Projekt CHOPIN entwickelte hochbeständige multifunktionelle wasser- und schmutzabweisende Beschichtungen, die auf die Strömungskanten aufgebracht werden, insbesondere auf HLFC-Oberflächen (hybride laminare Strömungskontrolle). „Unser Ziel war es, durch innovative nachhaltige Beschichtungen den Luftwiderstand und Treibstoffverbrauch von Flugzeugen zu senken“, erklärt Projektkoordinatorin Mireille Poelman. Im Projekt wurden mehrere Zusammensetzungen und Verfahren für die Beschichtungen getestet, u. a. Plasma-, Sol-Gel- und ionische Beschichtungen sowie Trockensprühabscheidung. Bei der Entwicklung und Optimierung der Beschichtungen wurde vor allem auf Haftung, Härte, Schlag-, Kratz-, Temperatur- und Erosionsbeständigkeit sowie Abwaschbarkeit Wert gelegt. Die Beschichtungen wurden zunächst im Labor auf Edelstahloberflächen und dann auf mikroperforiertem Titan getestet, das für HLFC-Oberflächen verwendet wird. Die Beschichtungen mit dem besten Testergebnis (Sol-Gel und ionische Beschichtung) wurden im Labormaßstab auf schmutzabweisende Eigenschaften, Abwaschbarkeit und Haltbarkeit getestet. Schließlich erfolgten weitere Leistungstests in Simulationsumgebungen (Windkanal) und unter realen Bedingungen (Drohnen). Ihre Leistung wurde mit der einer unbeschichteten und einer PVD-Oberfläche physikalische Dampfabscheidung verglichen, die Titanoberflächen erosionsbeständiger macht. Die Tests bestätigten, dass auf den neuen Beschichtungen weniger Insektenrückstände anhafteten, was ihre Eignung gegen Insektenkontamination im Flugbetrieb demonstrierte.
Perspektiven und künftige Ausrichtung von CHOPIN
„Angesichts der Gefahren durch den zunehmenden Klimawandel sollte CHOPIN dazu beitragen, den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen zu senken und neue dauerhafte Beschichtungen zu entwickeln und zu prüfen“, betont Poelman. Die Forschenden untersuchten verschiedene Beschichtungsverfahren und bewerteten ihre potenzielle Eignung für die Anwendung an Anströmkanten, wobei insbesondere Antihafteigenschaften im Mittelpunkt standen. Das neue Wissen kann nicht nur für einzelne Testprotokolle, sondern auch zur Prüfung von Haft- bzw. Antihafteigenschaften sowie für Screening-Technologien in der Luftfahrt genutzt werden. Die Ergebnisse und Erfolge von CHOPIN ebnen den Weg für künftige Finanzierungs- und Entwicklungsmöglichkeiten, und die CHOPIN-Partner sind auch am Folgeprojekt STELLAR beteiligt. Dieses Projekt entwickelt Antihaftbeschichtungen für natürliche laminare Strömungen auf Grundlage genauerer Details zur Wechselwirkung zwischen Insektenrückständen und Oberfläche. Die Tests im Rahmen von CHOPIN werden im Projekt STELLAR weitergeführt und sollen zeigen, inwieweit sich Windkanaltests zur Beurteilung von Antihaftbeschichtungen eignen.
Schlüsselbegriffe
CHOPIN, Beschichtung, Antihaftbeschichtung, Insekten, Kraftstoffverbrauch, Luftfahrt, Strömungswiderstand
