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Die Natur als Vorbild - Haifischhaut für Flugzeuge

Je geringer der Reibungswiderstand einer Oberfläche ist, desto weniger Kraft wird benötigt, um ein Objekt zu bewegen.

Überträgt man dieses Prinzip auf ein Flugzeug in der Luft, sorgt der geringere Reibungswiderstand für eine Senkung des Treibstoffverbrauchs. Deshalb erforscht die Luftfahrtindustrie schon seit Jahren, wie die Oberflächen von Flugzeugen strömungsgünstiger gestaltet werden können. 

Insbesondere die Natur ist hier Inspirationsquelle: zum Beispiel in Form von Haifischhaut, denn diese weist durch ihre mikroskopisch kleinen Längsrillen in den Schuppen einen besonderes geringen Strömungswiderstand auf.  
Für einen Quantensprung auf diesem Gebiet sorgte das Forschungsprojekt „FAMOS“, das Lufthansa Technik, der Flugzeugbauer Airbus und das Bremer Werk für Montagesysteme kürzlich in Hamburg erfolgreich abgeschlossen haben. Im Zuge des Projekts wurde ein Robotersystem entwickelt, das einen Lack mit Haifischhautstrukturen – sogenannten Riblets – großflächig auf Flugzeuge auftragen kann. 

Hinter „FAMOS“ verbirgt sich die sperrige Bedeutung „Führungssystem zur automatisierten Applikation multifunktionaler Oberflächenstrukturen“. Für Fluglinien sind die Vorteile entscheidend. Projektleiter Dr. Mathias Nolte von Lufthansa Technik sagte kürzlich in einem Interview: „Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass wir mit Riblets den Reibungswiderstand der Luft um fünf bis acht Prozent reduzieren können. Dadurch würden Airline-Betreiber rund eineinhalb Prozent Treibstoff einsparen“. Allein die Lufthansa-Flotte könnte mit der Innovation ihren Kerosinverbrauch um sechs Millionen Liter pro Jahr reduzieren und damit die CO2-Emissionen um 200.000 Tonnen senken. In der Folge sinken Betriebskosten und Umweltbelastung. 

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Projekt baut auf früheren Forschungen auf, die neue Lacke entwickelt und eine lange Haltbarkeit der treibstoffsparenden Beschichtung unter realen Bedingungen im Flugbetrieb bestätigt haben. Bisher gab es jedoch keine Lösung, wie die Haifischhaut-ähnliche Oberflächenstruktur in einem industriellen Verfahren auf große Oberflächen kosteneffizient und in hoher Qualität aufgetragen werden kann. Diese Herausforderung ist nun gemeistert. Ähnlich einem Stempel prägt der neu entwickelte Roboterarm die Haifischhaut in frisch aufgetragenen Speziallack. Der Lack wird dann ausgehärtet und bildet die etwa 0,1 Millimeter hohe, strömungsgünstige Struktur. Das Robotersystem übernimmt darüber hinaus die vorherige Reinigung der Flugzeugoberfläche und entfernt alte Lackschichten. 

Die Beschichtung ist auf allen Flugzeugtypen möglich, „FAMOS“ konzentrierte sich jedoch auf Langstreckenflugzeuge wie Airbus A330, A340 und A350. Zunächst wurde die Haifischhaut auf Flügeloberseiten sowie den Ober- und Unterseiten des Höhenleitwerks aufgebracht. Bis die neue Beschichtungstechnologie von Airbus in der Flugzeugproduktion oder von Lufthansa Technik bei der Wartung eingesetzt werden kann, sollen weitere Anwendungsflächen, vor allem am Rumpf, erprobt werden.