Haifisch lernt fliegen

Forschungsprojekt „FAMOS": System zum Aufbringen von Haifischhautstruktur

Der Effekt der Haifischhaut (Ribletstruktur) ist seit fast vier Jahrzehnten bekannt. Seither haben sich viele Unternehmen verschiedener Branchen daran versucht, die einzigartig strömungsgünstigen Eigenschaften der Haifischhaut im technischen Bereich nutzbar zu machen. Auch in der Luftfahrtindustrie gibt es schon länger vergleichbare Bestrebungen. So hat beispielsweise auch die europäische Initiative „Clean Sky" an neuen, bahnbrechenden Technologien geforscht, die die Umwelteinflüsse durch die Luftfahrt verringern. Das Ziel dieser Langzeitversuche bestand darin, bekannte biologische Strukturen in entsprechende technische Prozesse zu überführen, um saubere und leisere Flugzeuge zu entwickeln. 

Bereits im Rahmen des Forschungsprojektes „Multifunctional Coating" konnte Lufthansa Technik zusammen mit Airbus und dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM erste wichtige Erkenntnisse gewinnen: In dem von 2011 bis 2013 dauernden Forschungsprojekt konnten neue Lacke entwickelt und die Beständigkeit von Haifischhautstrukturen unter realen Bedingungen im Flugbetrieb getestet werden. Kleine Patches auf der Flugzeugaußenhaut hatten eine wirtschaftlich vertretbare Haltbarkeit dieser Struktur bereits bestätigt. Trotz geringfügiger Abnutzung der Mikrostrukturen kann der Reibungswiderstand der Luft noch maßgeblich reduziert werden.

Im Anschlussprojekt „FAMOS" ist es Lufthansa Technik zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie, Airbus Operations GmbH und der bwm GmbH gelungen, ein automatisches Führungssystem zur Applikation von Riblets auf die Flugzeugaußenhaut zu entwickeln. Hierzu wird zunächst Lack auf eine UV-transparente Form (Matrix) aufgebracht. In diese Matrix ist das Negativ der Ribletform eingebracht worden. Die Negativ-Form wird in den frischen Lack eingedrückt, welcher dann durch UV-Licht gehärtet wird. Wenn die Negativ-Form entfernt wird, bleibt das Positiv der Haifischhaut auf der Oberfläche stehen. Die Matrix kann als endloser Gürtel ausgebildet werden und somit einen automatischen Prozess ermöglichen.

Die Lackierung erfolgt mithilfe einer mobilen Plattform: Ein Fahrer bringt die Plattform in die gewünschte Arbeitsposition und überführt sie in einen stationären Zustand. Anschließend können die Riblets vollautomatisch in Streifenbahnen auf der Flugzeugoberfläche aufgebracht werden. Innerhalb eines Streifens befinden sich viele parallel angeordnete Riblets, die in Applikationsrichtung, parallel zur Strömungsrichtung verlaufen. Die Riblets können zwar auf allen Flugzeugen appliziert werden, der Fokus der Untersuchungen lag jedoch auf Langstreckenflugzeugen vom Typ Airbus A330, A340 und A350. Aufgebracht werden die Riblets zunächst auf den Flügeloberseiten sowie auf den Ober- und Unterseiten des Höhenleitwerks. Weitere Anwendungsflächen, vor allem am Rumpf, sollen folgen.

Die Langlebigkeit und Effizienz der Haifischhaut-Struktur konnte im Labor ebenso bestätigt werden, wie die Funktion des Prototypen des Roboter-Applikationskopfes zum Auftragen der Haifischhaut auf die Flügelstruktur. Sollte in den kommenden Monaten mit der Industrialisierung und Überführung in die Produktion begonnen werden, dann könnte die automatisierte Beschichtung von Flugzeugen mit strömungswiderstandsreduzierender Haifischhaut bereits 2019 Realität werden. Mithilfe von Haifischhautoberflächen könnten Airline-Betreiber dann rund eineinhalb Prozent Treibstoff für ihre Flotten einsparen. Das senkt ihre Kosten und entlastet die Umwelt.

 

Infokasten

Das Forschungsprojekt „FAMOS" (Führungssystem zur automatisierten Applikation multifunktionaler Oberflächenstrukturen) lief von September 2014 bis einschließlich Juni 2017. Es wurde im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo V-1) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.