Haifischhaut-Prinzip soll Kerosinverbrauch senken

Der Laseranlagenbauer 4Jet arbeitet an einer Technologie, die den Energieverbrauch von Flugzeugen deutlich senken könnte. Im Rahmen des LEAF-Projekts (Laser Enhanced Air Flow) entwickelt ein zehnköpfiges Team um Product Developer Michiel Top ein Verfahren, das sich an der Natur orientiert: Die Haut von Haien ist mit mikroskopischen Schuppen überzogen, deren Rillen energiefressende Wasserwirbel reduzieren. Diese Struktur ermöglicht es den Raubfischen, mit über 70 Kilometern pro Stunde durchs Wasser zu gleiten.

Dieses Prinzip will 4Jet auf Flugzeuge übertragen. Während einige Airlines bereits aufgeklebte Folien mit solchen Strukturen einsetzen, verfolgt das Unternehmen einen anderen Ansatz: Die sogenannten Riblets – kleine, V-förmige Rillen – werden direkt in den Lack eingebracht. „Damit können wir den Reibungswiderstand um bis zu zehn Prozent reduzieren“, erklärt Top. Da dieser Widerstand etwa die Hälfte des Gesamtwiderstands ausmacht, ergibt sich bei vollständiger Strukturierung eine Treibstoffeinsparung von drei bis vier Prozent pro Flug.

Laserinterferenz statt Folie

Die Herausforderung besteht darin, mehrere hundert Quadratmeter Flugzeuglack in überschaubarer Zeit mit einer funktional perfekten Mikrostruktur zu versehen. Das LEAF-Projekt, das seit zehn Jahren läuft, nutzt dafür das physikalische Phänomen der Laserinterferenz. Über eine spezielle Optik wird der Laserstrahl aufgespalten und so zusammengeführt, dass sich die beiden Strahlen überlagern. Diese Wechselwirkung erzeugt ein Muster aus unterschiedlichen Intensitäten, mit dem sich Oberflächen im mikroskopischen Maßstab bearbeiten lassen.

Lukas May, bei 4Jet für die LEAF-Anlage verantwortlich, beschreibt das Ergebnis: „Wir erzeugen eine Textur aus 100 Mikrometer breiten und 50 Mikrometer tiefen Riblets.“ Diese hauchzarte Mikrostruktur wird gleichmäßig auf Flugzeugflügel mit gut 400 Quadratmetern Fläche aufgebracht. Die Bearbeitung erfolgt in Streifen von rund 15 bis 20 Zentimetern Breite, innerhalb derer eine vollständig homogene Ribletstruktur entsteht.

Portal für den Hangar

Für die Anwendung im Hangar hat 4Jet ein Portal entwickelt, das 10 Meter hoch und 20 Meter breit ist. In der Firmenzentrale in Alsdorf steht ein Demonstrator, der Tragflächen eines Airbus A330 oder einer Boeing 777 bearbeiten kann. Die Anlage vereint Bewegungssystem, Laser, Spiegel, Interferenzoptik, Sensorik und Software.

Als Strahlquelle dient der CO2-Laser TruFlow 5000. „Die Wellenlänge ist entscheidend – der CO2-Laser wird im Flugzeuglack besonders gut absorbiert und ermöglicht so eine präzise und materialschonende Strukturierung“, erläutert Top. Der Hersteller TRUMPF passte den Laser für den Einsatz bei 4Jet an, unter anderem durch eine spektrale Verengung des Strahls mit einem speziellen Gitter. Ein Spiegelsystem bringt den Strahl zur Flugzeughaut, eine aktive Nachführung mit beweglichen Spiegeln gleicht Verwinkungen der Anlage aus.

Drei bis vier Jahre bis zur kommerziellen Nutzung

4Jet konzentriert sich dabei auf aerodynamisch besonders relevante Bereiche, wobei Berechnungen zufolge der größte Effekt an den Tragflächen auftritt. Über die rund 20-jährige Lebensdauer eines Flugzeugs, das in der Regel alle sieben Jahre neu lackiert wird, ergäben sich laut Unternehmensangaben enorme Einsparungen bei Treibstoff und CO2-Emissionen.

Potenzielle Kunden wie Airlines seien von dem Verfahren begeistert, berichtet Top. Aktuell sucht 4Jet nach Partnern in der Luftfahrt, die die Dienstleistung gemeinsam anbieten möchten. Zudem sind noch Zertifizierungen durch die zuständigen Luftfahrtbehörden erforderlich. May und Top zeigen sich dennoch zuversichtlich: „Wir sind uns im Klaren, dass es noch drei bis vier Jahre dauern wird, bis das kommerziell durch die Luft fliegt. Aber wir haben gezeigt, dass unser Verfahren funktioniert. Nun sind wir bereit für den nächsten Schritt.“

Quelle: https://www.trumpf.com/de_AT/newsroom/stories/von-haien-inspiriert-von-lasern-gebaut