Treibstoff-Einsparung bei Flugzeugen: Neue Flügel in eisiger Kälte

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Flugzeugflügel im Test: Mit dieser Versuchsanordnung soll überprüft werden, ob Neuentwicklungen mit einem Treibstoff-Einsparpotenzial von 20 Prozent möglich sind.

Göttingen/Köln. Die Flügel spielen beim Treibstoffverbrauch von Flugzeugen eine zentrale Rolle. Göttinger Forscher des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testen in einem Windkanal bei minus 173 Grad Celsius ein spezielles Flügelprofil.

Optimierung notwendig

Bis 2050 sollen die von Flugzeugen verursachten Kohlendioxid-Emissionen im Vergleich zum Jahr 2000 um 75 Prozent und die Stickoxid-Emissionen um 90 Prozent gesenkt werden. So sieht es das europäische Strategiepapier „Flightpath 2050“ vor. Um diese Vorgaben einzuhalten, werden einzelne Komponenten von Flugzeugen ständig optimiert. Dank der hohen Lebenszeit von Flugzeugen lohnen sich selbst diese kleinsten Verbesserungen noch.

Einsparpotenzial

Doch während konventionelle Optimierungen den Treibstoffverbrauch oft nur um Tausendstel Prozent drücken, schätzen Experten das Einspar-Potenzial durch die speziellen Flügelstrukturen, die nun gestest werden, auf etwa 20 Prozent.

Strömungswiderstand

Um abzuheben braucht ein Flugzeug Auftrieb. Diesen erhält es durch die umströmende Luft am Flügel. Je gleichmäßiger diese Strömung verläuft, desto geringer ist der Widerstand gegen den das Flugzeug anfliegen muss. Diese gleichmäßige Strömung wird als „laminar“ bezeichnet. Die ungeordnete Luftbewegung mit einem großen Widerstand dagegen nennt man „turbulent“. Oberfläche und Form der Flügel beeinflussen dabei das Umströmungsverhalten: Die Luft fließt mit geringstem Widerstand eng anliegend und gleichmäßig, also laminar, über den Flügel. Bei normalen Flügeln kommt es bereits an der Vorderkante zu Verwirbelungen, die den Auftrieb beeinträchtigen. Ein geringerer Luftwiderstand reduziert also den Treibstoffverbrauch, die Emission von Schadstoffen und spart Energiekosten.

Alte Idee neu aufgelegt

Die Idee von laminaren Flügeln ist nicht neu. Segelflugzeuge nutzen sie bereits. Die Technik auf Strukturen von modernen Passagierflugzeugen zu übertragen ist jedoch technologisch deutlich anspruchsvoller. Grund sind die hohen Anforderungen an Fluggeschwindigkeiten und Systemzuverlässigkeit, berichten die Wissenschaftler vom Göttinger DLR-Institut für Aeroelastik.

Tests in Göttingen

In einem ersten Schritt wurde das Modell dafür in einem speziellen Windkanal Göttingen unter Flugbedingungen simuliert, die in der Nähe der Schallgeschwindigkeit liegen. Mit diesen Messungen konnten überhaupt erst numerische Werkzeuge für die Vorhersage das Strömungsverhaltens entwickelt und geprüft werden. Im nächsten Schritt ging es bei minus 173 Grad Celsius weiter.

Flugtauglichkeit

In einem letzten Schritt soll das Flügelmodell auf realistische Flugtauglichkeit geprüft werden. Dazu wird der „European Transonic Windtunnel“ (ETW) in Köln genutzt. (bsc)

www.dlr.de/ae

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