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Tragflächen, die ihre Form ändern

Den Luftwiderstand beim Fliegen zu verringern, ist ein Hauptanliegen der Formgebung in Luft- und Raumfahrt. EU-Finanzmittel unterstützten die Wissenschaftler bei der Entwicklung einer Technologie, mit der Tragflächen auf intelligente Weise morphen können. Damit wird man Treibstoffverbrauch und Emissionen senken.
Tragflächen, die ihre Form ändern
Weniger Luftwiderstand ermöglicht einen geringeren Treibstoffverbrauch, dementsprechend weniger Emissionen und weniger Auswirkungen auf den globalen Klimawandel. Moderne Hochauftriebssysteme sind ziemlich komplex und erfordern aufgrund der langen und schmalen Tragflächen (mit hoher Streckung) einen reduzierten Bauraum.

Die an dem EU-finanzierten Projekt "Smart high lift devices for next generation wings" SADE) arbeitenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickelten intelligente Einrichtungen für einen morphenden Auftrieb. Diese gestatten eine Formänderung der Tragfläche mit elektrischen Aktuatoren, was den Energieverbrauch reduziert. Zur Realisierung dieser Aufgabe mussten die gegensätzlichen Einschränkungen der effizienten Anpassbarkeit bei den für Festigkeit und Steifigkeit ausgelegten Bauformen überwunden werden.

Die Forscher untersuchten mehrere Technologien zum morphenden Auftrieb. Die nahtlose intelligente Einrichtung für die Anströmkante (seamless smart leading edge device) und die intelligente Einzelspaltklappe (smart single slotted flap) ergaben in Kombination mit einer herkömmlichen Kippnase (droop nose) den Hochauftrieb. Die Fähigkeit zur Veränderung der Flügelform hatte auch während des Reiseflugs bedeutende aerodynamische Vorteile. Für den Windkanalversuch wurde das lückenlose und stufenlose Kippnasenkonzept ausgewählt.

Man testete das maßstäbliche Modell der glasfaserverstärkten Morphing-Polymerhaut unter wechselnden Windgeschwindigkeiten und Winkeln, welche das Starten, den Flug und die Landung simulieren. Die Resultate der experimentellen Untersuchungen wurden mit den Prognosen eines CFD-Modells (numerische Strömungsmechanik, Computational Fluid Dynamics) verglichen. Man verwendete Dehnungsmessstreifen, Druckröhren und eine optische Messung der Kippnnasenauslenkung, um die Leistung zu bewerten. Auch nach strengen Tests konnten keine Schäden an den belasteten Häuten nachgewiesen werden.

Somit wiesen die zukunftsweisenden Windkanaltests das Potenzial der intelligenten Morphing-Flugzeugzellentechnologien nach, die starke Verformungen der lasttragenden Bauteile ohne Strukturschäden zulassen. Mit dem daraus resultierenden reduzierten Luftwiderstand wird man einem umweltfreundlicheren Luftverkehr mit verbesserter Kosteneffizienz zum Vorteil der Luftfahrtindustrie und der Umwelt Auftrieb verschaffen.

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Fachgebiete

Aerospace Technology
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