Luftfahrt mit natürlicher Laminarströmung
Der Breakthrough Laminar Aircraft Demonstrator in Europe (BLADE) ist Bestandteil des SFWA-Programms (Smart Fixed Wing Aircraft; intelligente Starrflügler) von Clean Sky. Diese ehrgeizige, von der EU geförderte Forschungsaktivität mit mehreren Partnern zielt darauf ab, den ökologischen Fußabdruck des Luftverkehrs zu verkleinern. Mit der Reduzierung des Luftwiderstands und des Lärms von Flugzeugen wird SFWA in entscheidendem Maße zum Erreichen der Umweltziele der Initiative Single European Sky (einheitlicher europäischer Luftraum) beitragen. Die Forschenden entwickelten im Rahmen des Projekts NLFFD (NLF starboard leading edge & top cover design & manufacturing trials) Baugruppen für Anströmkanten und die obere Abdeckung für eine NLF-Tragfläche des Testflugzeugs. Beide Bauteile weisen dank neuer Designkonzepte und Fertigungstechnologien, die extrem hohe Toleranzen und eine außergewöhnliche Oberflächengüte liefern, NLF-Leistungsniveaus auf. Die größte Herausforderung bei der Konstruktion und Fertigung einer NLF-Tragfläche ergibt sich aus der Notwendigkeit der strengen Kontrolle der Flügeloberfläche. Insbesondere ist es wichtig, Merkmale wie Stufen, Lücken, Rauigkeiten und Befestigungselementköpfe zu beseitigen, da an diesen Stellen turbulente Strömungen erzeugt werden. Zusätzlich zur Realisierung geeigneter Werte der Laminarströmung zielten die Forscher auf den Einsatz eines qualitativ hochwertigen, für die Massenproduktion geeigneten Designs ab. Die NLFFD-Partner stellten unter Einsatz des gleichen Design- und Entwicklungsprozesses, der bei kommerziellen Flugzeugkomponenten angewandt wird, integrierte ko-gehärtete obere Abdeckungen aus Kompositen und Anströmkantenbaugruppen mit hoher Toleranz her. Resultat ist der 4,5 m lange und 1 m breite Flügelabschnitt von derart hoher Qualität, dass er zur Flugerprobung an einem modifizierten Airbus A340-300 vorgesehen wurde. Der innovative Tragflächenabschnitt besteht aus einer Sandwichplatte mit eingebauter elektrothermischer Eisschutztechnologie auf Polyetheretherketonbasis mit einem integrierten Erosionsschutzschild. Und auch wenn das NLFFD-Team bereits über Erfahrungen mit Erosionsschutzschilden für Anströmkanten verfügte, wurde ein komplettes Technologieprogramm initiiert, um ein Erosionsschutzschild aus Nickelstahl mit Bolzen zu befestigen. Die Konstruktion mit weniger Titanrippen als eine herkömmliche Anströmkante enthielt außerdem einen Schaumsandwich in der Haut, um die Steifigkeit aufrechtzuerhalten. Die Designanforderungen für NLF sind in Bezug auf Wellenbewegungen der Flügeloberfläche unter Belastung extrem streng. Wesentlicher Teil der Arbeit der Forscher war es, eine Strömung über der Außenhaut der Tragfläche zu erzielen, die von weniger Rippen getragen wird, aber ausreichend steif ist. Bei den Flugtests, die für 2017 geplant sind, wird der NLFFD-Flügelabschnitt Einsatz finden, um die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen NLF-Tragflächenarchitektur zu bewerten, womit man den theoretisch vorhergesagten Nutzen für die Umwelt bestätigen möchte. Man geht davon aus, dass NLF den Luftwiderstand der Tragflächen um bis zu 8 % und den Treibstoffverbrauch um ungefähr 5 % reduzieren wird.
Schlüsselbegriffe
Natural Laminar Flow, natürliche laminare Strömung, Flugzeugtragflächen, Clean Sky, NLFFD, Anströmkante, Flugtest
