Realisierung des Suction Rib-Funktionsdemonstrators

Ein unter anderem durch Laminarisierung erzielter, effizienter Flugbetrieb ist für den ökologischen Lufttransport ebenso wichtig wie der Einsatz von regenerativen Energien. Ein besonders hohes und von der Theorie her gut erschlossenes Potenzial zur Reduktion des Luftwiderstands durch Laminarisierung bietet der Tragflügel. Das Institut arbeitet in einem Konsortium aus europäischen Unternehmen und Forschungspartnern an einer speziellen Form der Laminarisierung, die insbesondere für Langstreckenflugzeuge geeignet ist. Eine mikroperforierte, luftdurchlässige Außenfläche wird dabei zur aktiven Absaugung an der Flügelnase genutzt. Ziel des Projekts ist eine anwendungsnahe Demonstration an einem repräsentativen Teilstück des Flügels bis zum Jahr 2023.

Ein wichtiger Meilenstein ist die Fertigung eines Demonstrators, der die geometrischen Randbedingungen einer Flügelvorderkante im Außenbereich des Flügels repräsentiert. Die Integration eines mikroperforierten Titanblechs als aerodynamische Außenhaut, die multifunktionale Suction Rib mit dem integrierten Kompressor für die Absaugung und ein berührungsloses, auf induktiver Erwärmung basierendes Enteisungssystem bilden zusammen den Kern des technologischen Ansatzes.

Wie es funktioniert

Die Teillaminarisierung des Flügels erfolgt über eine Stabilisierung der Grenzschicht mittels Absaugung. Durch die Absaugung werden Störungen in der Grenzschicht weitgehend unwirksam gemacht, was zur Folge hat, dass der Umschlag der reibungsarmen laminaren Strömung in die stärker widerstandsbehaftete turbulente Strömung sehr viel später erfolgt.

Abgesaugt wird durch eine mikroperforierte Titanhaut hindurch, welche über ein darunter liegendes Kammersystem mit der Suction Rib verbunden ist. Die als Hohlstruktur ausgeführte Suction Rib ist eine multifunktionale Struktur, die Lasten aus der Flügelnase aufnehmen kann und gleichzeitig die Integration eines Kompressors ermöglicht. Der Kompressor erzeugt den Unterdruck für das Kammersystem.

Fertigung

Alle strukturellen Komponenten des Demonstrators wurden als gewichtsoptimierte CFK-Bauteile ausgeführt. Die besondere Herausforderung bei der Fertigung der Suction Rib ist die sich aus der Multifunktionalität und dem begrenzten Bauraum ergebende komplexe Geometrie. Für die Bauteilfertigung kamen verschiedene Technologien, Open- und Closed-Mould-Infusions-Verfahren, zum Einsatz. Im Hinblick auf eine spätere industrielle Fertigung sind vor allem die Closed-Mould-Verfahren interessant, da sie eine hohe Produktionsrate, eine hohe Wiederholgenauigkeit und ein allseitig durch das Formwerkzeug definiertes Bauteil ermöglichen. Umgesetzt wurde dies an einer Suction Rib im geometrisch kritischen Bereich der Flügelnase und bei den Faserverbund-Spacern (Abstandshaltern zwischen Titanhaut und CFK-Unterstruktur). Eine detaillierte Bilanzierung der Kosten, der verbrauchten Energie und eine Ausweisung des CO2-Äquivalentes waren Bestandteil der Analyse. Die Bewertung der angefallenen Produktionsabfälle hat sich ebenfalls als wichtiges Kriterium für die Bewertung der Zukunftsfähigkeit des Prozesses herausgestellt und eine klare Empfehlung zugunsten von Closed-Mould-Prozessen ergeben.

Montage

Schon beim Design des Suction Rib-Demonstrators spielte die Montage- und Wartungsfreundlichkeit eine entscheidende Rolle. Die Suction Rib ist über eine Verklebung zu allen umliegenden Bauteilen abgedichtet. Zusätzlich werden besondere Dichtungen und spezielle druckdichte Verschraubungselemente verwendet. Durch den Zugang zur Suction Rib über die untere Wartungsklappe kann der Kompressor jederzeit gewartet und die empfindliche mikroperforierte Titanhaut getauscht werden. Dies ist wichtig, um im Beschädigungsfall oder beim Erreichen der Verschleißgrenze schnell und günstig die Einsetzbarkeit des Flugzeugs wiederherzustellen.

Im nachfolgenden Abschnitt des Projektes werden Funktionsprüfungen durchgeführt, mit deren Hilfe das Absaugsystem und die Wartungsfreundlichkeit auch im späteren Flugbetrieb bewertet werden.