Verbundwerkstoff Flatter-Flügel sollen Flugzeuge sparsamer machen

Flugzeugflügel bestehen zu immer größeren Teilen aus Kohlefasern. Welche Auswirkung dabei die Bauweise der Flügel auf das Gewicht und damit den Verbrauch des Flugzeugs hat, hat das DLR an zwei neuartigen Flügeln getestet.

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Das EU-Projekt Flexop, in dem sich Forschungseinrichtungen aus sechs Ländern zusammengeschlossen haben, hat sich zum Ziel gesetzt, neuartige Möglichkeiten im Flügel-Design zu untersuchen. Die Forscher haben zwei unterschiedliche Varianten, die eine Gewichtsreduzierung versprechen, entworfen und zusammen mit einem Standardflügel als Modell gebaut. In einem sogenannten Standschingungsversuch wurde nun im DLR-institut für Aeroelastik in Göttingen die Wirksamkeit der neuen Flügelbauweisen untersucht.

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Da Flugzeugflügel hohen Belastungen standhalten müssen, sind sie besonders stabil gebaut. Früher bestanden sie aus dem Leichtmetall Aluminium, heutzutage zu immer größeren Teilen aus Kohlefasern. Der erste Flügelentwurf, der sogenannte Flatter-Flügel, ist ein Entwurf der Technischen Universität München. Dieser aus Glasfaser bestehende Flügel ist bewusst so ausgelegt, dass er in den gefährlichen Zustand des Flatterns kommen kann. Ähnlich wie eine Fahne im Wind, schaukeln sich dabei Schwingungen immer stärker auf, bis es zu einem Bruch kommt. Dabei soll ein Flugregelsystem vom DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik in Oberpfaffenhofen verhindern, dass ein solch kritischer Zustand eintritt. Die äußeren Klappen an der Flügelhinterkante werden so gesteuert, dass sie wie Dämpfer wirken. Eine leichtere Konstruktion und eine höhere Streckung, also ein schlanker Flügel, sind damit möglich. "Die aktive Regelung vergrößert die Möglichkeiten für eine wesentlich leichtere Bauweise maßgeblich", sagt Gertjan Looye, Koordinator für die DLR-Beteiligung am Projekt.

Flatter-Flügel spart bis zu 7 % an Treibstoff ein

Ein zweites Flugregelungssystem wird vom Computer and Automation Research Institute der ungarischen Akademie der Wissenschaften (MTA Sztaki) entwickelt. Der Projektleiter Bálint Vanek von MTA Sztaki ergänzt: "Mit einem solchen Flügel könnten künftig 20 Prozent mehr Fracht transportiert oder sieben Prozent Treibstoff eingespart werden."

Aeroelastische Flügel 20 % leichter als der Standardflügel

Ein weiterer Flügel im Test ist der so genannte aeroelastische Flügel. Dieser wurde vom DLR- Institut für Aeroelastik zusammen mit der Universität Delft entwickelt. Er besteht zwar auch aus Kohlefasern, verfügt aber über besondere Eigenschaften: "Unter Belastung biegt sich der neue Flügel nicht nur, verdreht sich auch deutlich stärker als heutige Tragflächen", sagt Versuchsleiter Yves Govers vom DLR Göttingen. Dadurch kann der aeroelastische Flügel den größten Lasten im Flug quasi ausweichen und ist genauso stabil wie der Standardflügel – obwohl er 20 % leichter ist. Möglich macht dies ein speziell optimierter, unkonventioneller Lagenaufbau des Werkstoffs.

In der zweiten Jahreshälfte 2019 sollen die Flügel-Modelle auch in einem Flugversuch in Oberpfaffenhofen getestet werden.

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