Neue Flügelklappe für Flugzeuge verbessert Flugleistung
Wenn Sie das nächste Mal in einem Flugzeug sitzen, werfen Sie einen Blick aus dem Fenster. Ein wichtiges Konzept für eine erfolgreiche Aerodynamik ist die laminare Strömung: die Art und Weise, wie sich die Luft über und unter dem Flügel bewegt. Die Reibung der Luft an der Tragfläche bestimmt diese Strömung, und in der Flugzeugkonstruktion soll sie so weit wie möglich reduziert werden. Der Luftwiderstand beeinträchtigt nicht nur die Flugleistung, sondern treibt auch die CO2-Emissionen in die Höhe. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SWING hat ein Gemeinschaftsunternehmen eine innovative Lösung erarbeitet, die eine neue Klappe an der Vorderseite des Flügels vorsieht, die eine bessere Kontrolle der laminaren Strömung ermöglicht. „Ziel des Projekts war es, die industrielle Durchführbarkeit, d. h. die Herstellbarkeit, zu validieren, und wir haben den erforderlichen Technologie-Reifegrad erreicht“, sagt Christophe Cornu, der Projektkoordinator von SWING und Leiter des Forschungsprojekts bei Cetim Nantes. Es wurde nicht nur die neue Flügelklappe entworfen, sondern auch eine effizientere Methode zur Klappenfertigung erarbeitet, bei der ein fortschrittliches thermoplastisches Verfahren zum Einsatz kommt.
Insekten zur Verbesserung der laminaren Strömung ablenken
Die Flügelklappe ist als Krügerklappe bekannt, die eine bessere Kontrolle der laminaren Strömung bietet, das Gewicht des Flügels verringert und außerdem recycelbar ist – ein weiterer Vorteil für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Die Krügerklappe fungiert in der ausgefahrenen Position als „Luftleitblech“, das Insekten vom Flügel ablenkt, die die laminare Strömung beeinträchtigen könnten. Die komplexe Geometrie der Klappe, die durch Laserschweißen eines dünnen thermoplastischen vorimprägnierten Faserbands aus Verbundwerkstoffen erreicht wird, dürfte die Arbeitsgänge und damit die Kosten künftiger Verbundwerkstoffteile im Vergleich zu den derzeitigen industriellen Lösungen senken. Die Zuverlässigkeit des Verfahrens wird in Zukunft ein Schlüsselfaktor für die Senkung der Herstellungskosten von Verbundwerkstoffteilen sein. Dieses erfolgreiche Verfahren, das im Rahmen des Projekts SWING entstanden ist, beinhaltet eine Beschleunigung der Verlegegeschwindigkeit des Rohstoffs und eine Verringerung der Verluste.
Thermoplastisches Verfahren zur Flügelfertigung
Eine der wichtigsten Entwicklungen war die Einführung des thermoplastischen Verfahrens zur Herstellung der Krügerklappe. „Der Hauptvorteil von thermoplastischen Polymeren ist im Vergleich zu anderen Werkstoffen ihre Wiederverwertbarkeit“, erklärt Cornu. „Außerdem erfordert die Verarbeitung von thermoplastischen Werkstoffen weniger zusätzliche Arbeitsgänge, wodurch die Kosten in Zukunft sinken könnten, wenn die Technologie voll entwickelt ist.“ Zur Herstellung der thermoplastischen Polymere für die Krügerklappe setzte das Team einen Roboter mit Laserkopf ein, um das Teil in situ zu verfestigen. Dadurch werden zusätzliche Verfahren vermieden und eine höhere Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit sichergestellt, womit sich die Gesamtqualität des Teils erhöht.
Technologische Reife optimieren
Nachdem das Bauteil nun Technologie-Reifegrad 4 (TRL 4) erreicht hat, werden die Gestaltung und das Verfahren des Flügels am Boden einer Funktionsprüfung unterzogen. „Die Kinematik der Krügerklappe wird über ihre Schnittstellen mit dem Flügel überprüft“, fügt Cornu hinzu. Dieser Prozess wird in den nächsten Jahren zur Produktvalidierung im Labor führen. Am wichtigsten war es, die richtige Fertigungsstrategie für das Teil zu finden, erklärt er. Dazu gehörte die Entwicklung der Teile aus mehreren Komponenten, um eine Struktur zu erhalten, die den notwendigen mechanischen Beschränkungen standhält, und die komplexe Gesamtform „entwicklungsfähig“ zu gestalten: so, dass das Material während des Laserschweißens durch den Roboter zusammengefügt werden kann. „Werkstoffe und Verfahren entwickeln sich sehr schnell weiter, und dies wird zu ausgezeichneten Lösungen für den Planeten führen“, sagt Cornu.
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