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Lufthansa Technik - Sonja Brüggemann
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Haifischhaut: "Haitech" im Flugzeugbau

Haifischhaut „Haitech“ im Flugzeugbau

Lufthansa Technik und BASF bringen Folien mit einer haifischhautähnlichen Struktur für Flugzeugrümpfe und Tragflächen auf den Markt. Industrie und Forschung arbeiten aber auch an anderen Herstellungsprozessen und Anwendungen.

Mit ihrer außergewöhnlichen Schuppenstruktur sind Haie ein perfektes Vorbild für die Luftfahrt. Wie im Wasser, so geht es auch in der Luft darum, den Reibungswiderstand zu verringern. Der Hai minimiert so seinen Kraftaufwand beim Schwimmen, Flugzeuge minimieren ihren Kerosinverbrauch.

AeroSHARK

Lufthansa Technik und BASF haben kürzlich eine Möglichkeit vorgestellt, die feinen Rippen der Haifischhaut (Englisch: Riblets) auf Flugzeugoberflächen zu bringen: mithilfe einer Kunststofffolie namens AeroSHARK, auf der sich Millionen kleine, prismenförmige Erhebungen befinden, jede nur rund 0,05 Millimeter hoch. AeroSHARK soll ab 2022 auf den Boeing-777-Frachtern von Lufthansa Cargo zum Einsatz kommen.

Die Idee ist nicht neu, jedoch die Dimension, so Lufthansa Technik: Während in der Vergangenheit nur kleine Flächen für Tests beklebt worden seien, gehe es nun um eine Größenordnung von mehr als 500 Quadratmetern sowie die Serienreife. Erprobt wurde die Haifischhaut seit Ende 2019 an einer Boeing 747-400 von Lufthansa. Mehr als 1500 Flugstunden belegen eine Senkung des Kerosinverbrauchs um ein Prozent. Für den Einsatz an den zehn Boeing 777F von Lufthansa Cargo ergibt sich ein jährliches Einsparpotenzial von rund 3700 Tonnen Kerosin und fast 11 700 Tonnen CO2. Die Frachter sollen am Rumpf und an Teilen der Flügeloberfläche mit der Folie beklebt werden. Laut Lufthansa Technik gibt es bereits weitere Interessenten.

Lufthansa Technik - Sonja Brüggemann
Die Folie hält etwa vier Jahre und kann bei größeren Wartungsereignissen aufgebracht oder erneuert werden.

Eingriff in die Aerodynamik

Weil es sich bei AeroSHARK um einen Eingriff in die Aerodynamik handelt, ist übrigens ein Supplemental Type Certificate (STC) nötig – und zwar für jeden einzelnen Flugzeugtyp. Denn die Riblet-Folie wird für jede Anwendung maßgeschneidert. Lufthansa Technik forscht seit mehreren Jahren an dem Thema. Auf der Agenda stand unter anderem schon die automatisierte Beschichtung großer Oberflächen mithilfe von Negativformen und UV-Licht-Härtung. Bis zur Serienreife hat es dieses Verfahren aber nicht gebracht.

Doch die Idee, Riblets direkt in den Lack einzubringen, wird weiterverfolgt – vom Flugzeuglackhersteller Mankiewicz und dem Laserspezialisten 4JET. Die Unternehmen haben 2019 einen neuen Laserprozess namens LEAF (Laser Enhanced Air Flow) vorgestellt. Dabei wird ein Laserstrahl so modifiziert, dass bereits im Strahlfleck des Lasers die gewünschte Struktur entsteht. So könnten einige Dutzend oder potenziell sogar Hunderte Riblets pro Laserüberfahrt hergestellt werden. Ein Flugzeug in A350-Größe könnte so laut 4JET in weniger als 24 Stunden bearbeitet werden. Bis zur Serienreife dauert es aber noch drei bis vier Jahre. "Wir suchen aktuell Pilotanwender, die dieses Vorhaben begleiten wollen", sagt 4JET-CEO Jörg Jetter.

Erhöhung des Wirkungsgrads

Auch in Triebwerken könnte Haifischhaut künftig Anwendung finden. Ein Forscherteam der TU Graz hat im vergangenen Jahr erstmals weltweit eine Riblet-Beschichtung im Übergangskanal zwischen Hoch- und Niederdruckturbine aerodynamisch erprobt. Dabei wurde eine Erhöhung des Wirkungsgrads nachgewiesen. Zum Einsatz kamen selbst-klebende Kunststofffolien von Bionic Surface Technologies aus Graz, die Testgeometrie lieferte GE Aviation.

Odontobase - Pascal Deynat
Haifischschuppen weisen feine Rippen mit scharfen Kanten in Strömungsrichtung auf. Diese Riblets verringern den Reibungswiderstand.

Haihaut in der Luftfahrt

Seit Jahrzehnten inspiriert die besondere Struktur der Haifischhaut die Luftfahrttechnik. Feine Rillen in den Schuppen verringern beim schnellen Schwimmen den Oberflächenwiderstand. Diese Riblets sorgen zwar für viele kleine Verwirbelungen, reduzieren aber die seitlich gerichteten Kräfte der turbulenten Strömung. Dem Ingenieur Dietrich Bechert von der Abteilung Turbulenzforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) an der TU Berlin gelang es Ende der 1980er-Jahre, das Prinzip auf die Luftfahrt zu übertragen. Zusammen mit dem Technologiekonzern 3M entwickelte er eine selbstklebende Folie, deren Wirksamkeit an einem Airbus A340 getestet wurde. Bisher scheiterte die Anwendung an der Haltbarkeit des Materials bzw. der Automatisierung des Herstellungsprozesses.