Vogelgleicher Flugzeugflügel

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Umweltfreundlich fliegen – das ist das große Ziel der Airlines. In einem EU-Projekt entwickeln Forscher deshalb bewegliche Landeklappen.

Im Unterschied zu Vögeln, die ihre Federn während des Fluges an die Luftströmung anpassen können, sind die Bauteile im Flugzeug bisher starr. So auch die Landeklappe. Sie ist an der Hinterkante des Flügels angebracht und wird zur Landung ausgefahren. In sich ist sie jedoch unbeweglich, sie wird lediglich um eine Achse gedreht. Heinrich Mensen weist im „Handbuch Luftfahrt“ darauf hin, dass neben den Triebwerksgeräuschen, die Verwirbelung der Luft am Fahrwerk, an den Landeklappen oder an der Hinterkante der Flügel die wesentliche Ursache für Lärmemissionen ist (Seite 1466).

Forscher haben sich nun im EU-Projekt SARISTU (Smart Intelligent Aircraft Structures) vorgenommen, bewegliche Landeklappe zu konstruieren. „Die Landeklappen sollen sich künftig während des Fluges an die Strömungen anpassen und so die Aerodynamik verbessern“, sagt Martin Schüller vom Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz. Die Mechanik, die sich in der Landeklappe befindet und sie entsprechend verformt, hat das Konsortium bereits entwickelt. Die Algorithmen, die hinter diesen Bewegungen stehen, haben Forscher des ENAS programmiert, gemeinsam mit ihren italienischen Kollegen des Luftfahrtinstituts CIRA und der Universität Neapel.

Silikonhaut mit starren und weichen Elementen

Damit sich die bewegliche Landeklappe der Strömung anpassen kann, muss auch ihre „Haut“ beweglich und dehnbar sein. Daran arbeiten die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. „Wir haben eine Silikonhaut kreiert, in der sich starre und weiche Elemente abwechseln“, berichtet IFAM-Wissenschaftler Andreas Lühring. „Insgesamt besteht die Haut aus fünf harten und drei weichen Bereichen, außen spannt sich eine Silikonhaut darüber“. Die weichen Elemente befinden sich jeweils über der Mechanik, also an den Stellen, die am meisten gedehnt werden.

Das Besondere liegt nicht nur in dem neuartigen Aufbau, sondern auch im Material selbst: Die Dehnelemente sind aus Elastomerschaum, der über den gesamten Temperaturbereich zwischen minus 55 Grad Celsius bis hin zu 80 Grad Celsius elastisch bleibt. Vier 90 Zentimeter lange Prototypen – zwei davon mit Hautsegmenten – sind bereits in der Testphase.

Bewegliche Flügelspitze

In einem anderen Teilprojekt widmen sich die Forscher vom IFAM dem Wingtip, also der Flügelspitze. Das Konsortium von SARISTU hat eine Klappe entwickelt, die in der Flügelspitze angebracht ist und ihre Form während des Fluges so verändert, dass der Luftwiderstand möglichst klein ist. Doch zwischen Klappe und feststehendem Flügel darf kein Spalt entstehen, denn dieser würde den Effekt wieder zunichte machen. „Wir haben daher ein elastisches Verbindungselement entwickelt, und zwar von der chemischen Zusammensetzung über die Verfahrenstechnik bis hin zur Herstellung des Bauteils“, sagt Lühring. Auch dieses Bauteil behält seine Elastizität über den gesamten Temperaturbereich zwischen 80 Grad Celsius und minus 55 Grad Celsius – und trotzt zudem der starken Windbelastung. Erklärtes Ziel von SARISTU ist es, den Treibstoffverbrauch um rund 6 Prozent und die Lärmbelastung um bis zu sechs Dezibel zu senken.