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Spritsparende Schwingen

Flugzeugbauer lernen vom Vogelflug – und reduzieren den Kerosinverbrauch. Tragflächen, die sich automatisch der Flugsituation anpassen, sollen den Treibstoffverbrauch künftiger Verkehrsflugzeuge verringern.

Exakt 100 Jahre nach seinem tödlichen Absturz erfährt Flugpionier Otto Lilienthal unverhofften Aufschwung. Die konstruktiven Fortschritte im Flugzeugbau machen es inzwischen möglich, Ideen umzusetzen, die der Berliner 1887 in seiner Schrift „Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst“ veröffentlichte: Forscher, Entwickler und Praktiker der Daimler-Benz-Forschung München, der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie der Daimler Benz Aerospace (Dasa) Bremen wollen bis 2008 eine Tragfläche konstruieren, die sich – vogelgleich – wechselnden aerodynamischen Bedingungen anpaßt. Das Wunderwerk heißt ADIF – „adaptiver Flügel“.

Allem Fortschritt zum Trotz sahen sich die Flugzeugbauer bislang außerstande, Turbulenzen, Verwirbelungen oder Druckstößen der Luft so zu begegnen wie es jeder schnöde Spatz fertig bringt. Die Folge ist: Ob Jet oder Segelflieger – alle Starrflügler vergeuden wegen mangelnder Anpassungsfähigkeit ihrer Tragflächen viel Energie

Anders als bei der bisherigen elektromechanischen Steuerung von Flügelklappen und Spoilern sind beim ADIF Stellelemente erforderlich, die Konstrukteuren im Hinblick auf Bauraum, Gewicht und Stellkräfte immer noch zu schaffen machen. Die Erforschung der dafür nötigen Materialien und die Entwicklung von Steuerungen, die später einmal sogar ohne Zufuhr von Fremdenergie arbeiten sollen, erfordert bis heute eine intensive Zusammenarbeit von Wissenschaftlern und Technikern. Das bedeutet Reibungen. „Viele Praktiker halten unsere Arbeit für Spinnerei“, gibt Prof. Elmar Breitbach freimütig zu. Er leitet als Direktor des DLR-Instituts für Strukturmechanik die Forschung und Entwicklung selbstanpassender Systeme.

Nicht besser ergeht es Willi Martin bei der Daimler-Benz-Forschung in München, Leiter des ADIF-Teams zur Erkundung steuerbarer Strukturveränderungen bei Materialien: „Ein Tragflügel mit selbstanpassender Haut erscheint vielen als reine Science-fiction.“ Dies um so mehr, als Versuche, die Aerodynamik am Airbus A320 durch eine der Haifischhaut nachempfundene Klebefolie zu verbessern, keine aufregenden Erfolge gebracht haben: Zu schnell war der Spareffekt der Folie durch Wind und Wetter abgeschmirgelt.
Besorgt um den luftfahrttechnischen Standort Deutschland sprach Bundesforschungsminister Jürgen Rüttgers ein Machtwort und verlangte unter Androhung von Subventionskürzungen ein gemeinsames Voranpreschen in Richtung adaptiver Flügel, wie die anpassungsfähige Tragfläche in Fachkreisen heißt.

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Mit der neuen Technologie haben die Wissenschaftler eine enorme Produktpalette im Visier, die weit über Passagierjets hinausgeht:
– Fahrzeuge, die ohne konventionelle Federung auskommen, weil ihr Fahrwerk aus anpassungsfähigem Material sich in Sekundenbruchteilen auf jede Fahrbahnveränderung einstellt
– nahezu lärmfrei rollende Züge
– Hubschrauber, deren Rotoren kaum noch zu hören sind
– Satelliten, deren Übertragungen beim Übergang von glühender Sonnenhitze in den eiskalten Erdschatten nicht mehr ins Zittern geraten.
Besondere Chancen werden den selbststeuernden Systemen aber vor allem in der zivilen Luftfahrt eingeräumt. Die Zielrichtung ist eindeutig: Der Treibstoffverbrauch der Flugzeuge soll innerhalb der nächsten 20 Jahre auf die Hälfte der heute üblichen Werte verringert werden. Das dürfte jedoch nur zu erreichen sein, wenn das Konzept des adaptiven Flügels verwirklicht wird.

Heutige Passagierjets fliegen mit Geschwindigkeiten knapp unterhalb der Schallgrenze. An den Tragflächen wird die Luft beschleunigt und überschreitet stellenweise diesen kritischen Wert, wodurch ein Verdichtungsstoß entsteht. Der Stoß vergrößert den Widerstand der Luft. Die Stoßfront wandert – abhängig von den Strömungsbedingungen – während des Fluges auf der Tragfläche hin und her. Mit Hilfe der adaptiven Technik gelingt es jetzt, diesen Widerstand zu verringern:
– Winzige Löcher in der Flügelnase saugen Luft ab und beruhigen die Strömungen.
– Eine nur 14 Millimeter große Aufdikkung an der Stelle des Stoßes – von Technikern „Bump“ (Beule) genannt – sorgt für die gewünschte Reduzierung des Widerstands. Elektronisch gesteuert wandert diese Aufdickung auf der Tragfläche während des Fluges automatisch dorthin, wo sich die Stoßfront befindet.
– Eine flexible Flügelhinterkante trägt der veränderten Aerodynamik des Flugzeuges Rechnung, die durch den Treibstoffverbrauch entsteht, der das Fluggewicht laufend verringert. Durch Anpassung der Flügelhinterkante läßt sich der Luftwiderstand deutlich verringern und somit viel Treibstoff einsparen.
Das ist die Theorie, die mit einem eher bescheiden anmutenden Etat von 140 Millionen Mark innerhalb von zwölf Jahren etappenweise in die Tat umgesetzt werden soll.

Die innovative Technologie findet allerdings nicht überall Gefallen. So machen die Briten – im Europa-Verbund der Airbus-Industrie für die Tragflächen zuständig – keine Anstalten, künftigen Airbus-Generationen diese zukunftsweisende Technik zu verpassen. Reinhard Hilbig ist dennoch zuversichtlich: „Demnächst werden die Aufgaben im Airbus-Verbund neu verteilt. Dann wird sich British Aerospace wohl anderen Dingen widmen dürfen.“ Die Bremer, durch die Entlassungen bei Vulkan, und Dasa gebeutelt, hören es sicher mit Freuden.

Norbert Thomas
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