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Nachhaltige Luftfahrt Lufthansa nutzt Simulation zur Entwicklung und Zertifizierung der Haifischhaut-Beschichtung

Quelle: Pressemitteilung 4 min Lesedauer

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Lufthansa Technik hat bereits 2021 mit BASF zusammen die von der Haifischhaut inspirierte Beschichtung Aero-Shark vorgestellt, die Treibstoff und CO2-Emissionen spart. Durch den Einsatz von Simulation des gesamten Flugzeugs konnte Lufthansa Technik das Risiko bei der Flugerprobung reduzieren und die Zeit bis zur Zulassung drastisch verkürzen.

Die von Lufthansa Technik und BASF entwickelte Haifischhaut für Flugzeuge senkt den Treibstoffverbrauch deutlich. Damit der Einsatz der Beschichtung vorangetrieben werden kann, setzt Lufthansa auf Simulation. (Bild: Ansys)
Die von Lufthansa Technik und BASF entwickelte Haifischhaut für Flugzeuge senkt den Treibstoffverbrauch deutlich. Damit der Einsatz der Beschichtung vorangetrieben werden kann, setzt Lufthansa auf Simulation.
(Bild: Ansys)

Die 2021 vorgestellte Beschichtungstechnologie (wir berichteten.) trägt den Namen Aero-Shark (Anm. d. Red.: eigene Schreibweise AeroSHARK) und besteht aus bionischen Klebefolien, die der Haut von Haien nachempfunden sind. Deren Effizienz wird genutzt, um die Luftströmung um das Flugzeug zu optimieren, was zu erheblichen Treibstoffeinsparungen und Emissionsreduzierungen führt.

Das Geheimnis von Aero-Shark liegt in den mikroskopischen Eigenschaften der biomimetischen Folie:

  • Sie besteht aus einer kaum wahrnehmbaren Textur aus kleinen gerippten Vorsprüngen – den so genannten Riblets.
  • Der Riblet-Effekt imitiert die Placoidschuppen der Haifischhaut, die den Haien helfen, mühelos durch Wasser zu gleiten, indem sie den Luftwiderstand und die Reibung verringern und gleichzeitig den Auftrieb erhöhen.
  • Die Folie ist für eine einfache und gezielte Anbringung in Flecken eingeteilt und besteht aus Millionen dieser prismenförmigen Riblets, von denen jeder einzelne etwa 50 Mikrometer groß ist.
  • Gezielt auf das Flugzeug aufgebracht und genau auf die Luftströmung ausgerichtet, erzielen die Riblets Effizienzgewinne, indem sie ähnlich wie in der Natur die Hautreibung und den Luftwiderstand verringern, und können auch den Auftrieb verbessern, wenn sie auf Tragflächen angebracht werden.
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Aerodynamische Simulationen senken Risiko und Entwicklungszeit

Durch den Einsatz der Computational Fluid Dynamics (CFD) und High Performance Computing (HPC)-Technologie von Ansys haben Lufthansa Technik und das Chemieunternehmen BASF die Beschichtungsfolie entwickelt. Die Ingenieure verwenden Ansys CFD, um die turbulenten Strömungsphänomene um die Riblets herum zu analysieren und sicherzustellen, dass sie den gleichen Effekt erzeugen würden.

Lufthansa Technik nutzte die Tools von Ansys, um kleinere, allgemeinere virtuelle Prototypen des Aero-Shark zu erstellen und zu validieren, bevor die Prototypen durch umfassende aerodynamische Simulationen skaliert und angepasst wurden. Durch die Möglichkeit, das gesamte Flugzeug einschließlich des Flugverhaltens zu simulieren und den Riblet-Effekt durch Turbulenzmodellierung zu verifizieren, konnte Lufthansa Technik das Risiko physischer Flugtests reduzieren und die Zeit bis zur Zertifizierung verkürzen.

Was die vom Haifisch inspirierte Beschichtung bringt

Aero-Shark ist von der Europäischen Agentur für Flugsicherheit und der amerikanischen Federal Aviation Administration für zwei Boeing 777-Typen zertifiziert und wird derzeit von Swiss International Air Lines und Lufthansa Cargo eingesetzt, ein erstes mit Aero-Shark ausgerüstetes Flugzeug von Swiss (Kennung: HB-JNH) ist bereits seit Oktober im Liniendienst unterwegs.

  • Mit der Beklebung von insgesamt 950 Quadratmetern Außenfläche einer Boeing 777-300ER kann beispielsweise jährlich eine Einsparung von rund 400 Tonnen Kerosin und mehr als 1.200 Tonnen CO2 erreicht werden.
  • Sobald alle elf Boeing 777F bei Lufthansa Cargo und alle zwölf 777-300ER bei Swiss mit Aero-Shark umgerüstet sind, werden sie den CO2-Fußabdruck des Lufthansa-Konzerns um mehr als 25.000 Tonnen pro Jahr reduzieren.

Aufgrund erfolgreicher simulationsgestützter Tests können bereits 40 Prozent des Flugzeugs mit Aero-Shark abgedeckt werden, eine Ausweitung auf weitere Bereiche des Flugzeugs ist geplant.

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Studie

Über 60 Prozent der Verbraucher sind besorgt über CO2-Emissionen beim Fliegen

Mehr als 60 Prozent der Verbraucher sind besorgt über den CO2-Ausstoß durch Flugzeuge und wären bereit, mehr für umweltfreundliche Flugreisen zu bezahlen, so eine Verbraucherumfrage, die von Ansys in Auftrag gegeben wurde. Die Umfrage zu nachhaltiger Luftfahrt untersucht auch die Bedenken der Verbraucher in Bezug auf Luftverschmutzung durch den Flugverkehr und ihre Erwartungen an die zukünftige Luftfahrtindustrie. Weitere Ergebnisse:

  • In den nächsten fünf Jahren würde fast die Hälfte der Befragten (46 Prozent) in einem Flugzeug mit nachhaltigem Treibstoff (SAF) reisen, 36 Prozent in einem Elektroflugzeug, 38 Prozent in einem Hybrid-Elektroflugzeug und 38 Prozent in einem Flugzeug mit Wasserstoffantrieb.
  • Etwa ein Drittel der Verbraucher (32 Prozent) neigt dazu, mit Fluggesellschaften zu fliegen, die sich verpflichtet haben, ihren CO2-Fußabdruck zu reduzieren.
  • Die meisten Befragten (82 Prozent) hätten kein Problem damit, in Flugzeugen der nächsten Generation mit Geschwindigkeiten über 5.000 Stundenkilometern zu fliegen, verglichen mit Standardflugzeugen, die mit 900 Stundenkilometern fliegen, um schneller an ihr Ziel zu kommen. Kürzere Flugzeiten sind für die Verbraucher von großem Vorteil, da 50 Prozent der Befragten angaben, dass sie in der Vergangenheit aufgrund langer Flugzeiten auf Reisen verzichtet haben.
  • Mehr als die Hälfte der Verbraucher (57 Prozent) erwartet, irgendwann in ihrem Leben mit einem elektrisch betriebenen, senkrecht startenden und landenden Flugzeug (eVTOL) zu fliegen. Potenzielle Vorteile für das tägliche Pendeln auf diese Art sind weniger Stress (27 Prozent), weniger Staus (26 Prozent) und eine geringere CO2-Bilanz (35 Prozent).

Methodik der Umfrage: Atomik Research führte eine Online-Umfrage unter 6.029 Befragten aus den Vereinigten Staaten, dem Vereinigten Königreich, Frankreich und Deutschland durch. Die Befragung fand zwischen dem 8. und 15. März 2023 statt. Atomik Research ist ein unabhängiges, kreatives Marktforschungsinstitut, das von der Market Research Society (MRS) zertifizierte Marktforscher beschäftigt und sich an den MRS-Kodex hält.

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