DGLR-Bremen Veranstaltungsanmeldung

Vortrag: Eine multifunktionale Flügelvorderkante in Multimaterialbauweise für den Laminarflügel

Referent: Prof. Dr.-Ing. Christian Hühne, Abteilungsleiter Funktionsleichtbau, DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik

13. Dezember 2018 - Uhrzeit: 16:30 h
Airbus Operations GmbH

Airbus-Allee 1
28199 Bremen
Gebäude 68, Raum 035 (Haupteingang im Erdgeschoss)

Ansprechpartner in der BG Bremen: Dr. Martin Gerber

Die Reduktion von Treibstoffbedarf und Emissionen stellt bei Verkehrsflugzeugen einen Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten dar. Neben der Gewichtsreduktion durch den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen kann die Widerstandesreduktion durch die Laminarhaltung der Grenzschicht am Tragflügel einen signifikanten Beitrag leisten. Ein wichtiger Baustein im Zusammenführen beider Ansätze ist die multifunktionale Flügelvorderkante in Multimaterialbauweise.

Tragflügel moderner Verkehrsflugzeuge weisen bereits heutzutage bei ungestörter Anströmung zunächst eine laminare Grenzschicht auf. Deren frühzeitiger Umschlag in eine turbulente Grenzschicht, hervorgerufen durch Störungen in der Oberfläche, führt zu einem wesentlich höheren Reibungswiderstand, der durch den Schub der Triebwerke kompensiert werden muss. Am DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik wurden in zwei Projekten mit Airbus Strukturen für den laminaren Tragflügel aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) entwickelt, deren Bauweise in besonderem Maße die Gewährleistung der erforderlichen hohen Oberflächengüte für die Laminarhaltung zum Ziel hat. Die Reduktion von Welligkeiten, Vermeidung von Stufen oder Lücken und die Eliminierung jeglicher dreidimensionaler Störungen im Strömungsverlauf, wie sie z.B. Nietköpfe darstellen, waren daher wesentliche Treiber des Entwurfs.

Um die bis zu achtprozentige Widerstandsreduktion am Tragflügel und die dazu proportionalen Einsparungen in Treibstoff und somit im CO2-Ausstoß erreichen zu können, ist eine laminare Flügeloberschale jedoch nicht ausreichend. Es muss sichergestellt werden, dass die laminare Strömung an der Trennstelle zwischen der Flügelvorderkante und der Flügelschale nicht bereits vorzeitig umschlägt.  

Hierfür ist eine neuartige Flügelvorderkantenbauweise notwendig, mit der die zulässigen Stufenhöhen und Spaltmaße an der Trennstelle eingehalten werden. Ergänzt werden muss dies durch eine geeignete Hochauftriebshilfe. Anstelle der üblichen ausfahrbaren Vorflügel (Slats) weist der Laminarflügel eine aus der Flügelunterseite ausfahrende so genannte Krügerklappe auf, deren Entwicklung durch Airbus in Bremen vorangetrieben wird. Die Krügerklappe vermeidet Spalte auf der Oberseite des Profils und verhindert gleichzeitig in der Start- und Landephase durch ihren abschirmenden Effekt Kontaminationen der empfindlichen Strömungsoberfläche der Vorderkante durch Insekten.

An die Flügelvorderkante werden neben den hohen Anforderungen an die Oberflächengüte zusätzliche Funktionsanforderungen gestellt. Die Vorderkante muss nicht nur schadenstolerant und robust sein, sondern auch über die Fähigkeit einer aktiven Enteisung verfügen. Beschädigte Bauteile müssen schnell austauschbar sein, da längere Stillstandzeiten des Flugzeuges die wirtschaftlichen Vorteile der Treibstoffersparnis schnell aufheben können. Um einen ausreichenden Schutz gegenüber Erosion zu gewährleisten, wird die Vorderkante mit einer metallischen Erosionsschutzschicht ausgestattet, welche gleichzeitig die Funktion des Blitzschutzes erfüllt. Zur Enteisung wird zwischen der Stahlfolie und der CFK-Tragstruktur eine elektrothermische Enteisung auf Basis einer in Glasfaser eingebetteten flächigen Kohlenstofffaser-Heizschicht vorgesehen.

Anmeldung - Eine multifunktionale Flügelvorderkante in Multimaterialbauweise für den Laminarflügel

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