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LUFTFAHRT Wirbel gezähmt

Häute aus Kunststoff und Schlitze im Flügel - Nasa-Forscher und Flugzeugbauer ersinnen neue Tricks, um die Aerodynamik zu verbessern. *
aus DER SPIEGEL 20/1988

Die Angestellten bei der Tankstelle in Hampton, im US-Staat Virginia, kennen die Schrulle ihres Kunden Dennis Bushnell. Den stört »jedes Fitzelchen Fliegendreck«, weiß Tankwart Tom - nach jeder Autowäsche hat der Lack von Bushnells Karosse makellos zu glänzen.

Die Macke, meinen die Autopfleger, sei vielleicht berufsbedingt. Denn ganz in der Nähe von Hampton, am Langley Research Center der amerikanischen Weltraumbehörde Nasa, leitet der Ingenieur Bushnell eine Gruppe von Aerodynamikern, die sich den hochpolierten Oberflächen verschrieben hat: Mit allerlei Kunstgriffen versuchen die Wissenschaftler der »Drag Reduction Group« die Luftreibung ("drag") auf der Außenhaut von Flugzeugen zu vermindern.

Flugzeugkonzerne wie Boeing, McDonnell Douglas und die europäische Airbus Industrie verfolgen die Tüfteleien der Langley-Forscher aufmerksam. Die Aluminiumhüllen von Jets gelten den Konstrukteuren als eines der letzten Betätigungsfelder, wenn es darum geht, den Treibstoffverbrauch und damit die Flugkosten moderner Passagierjets noch merklich zu senken.

Aus Messungen in Windkanälen und an Testflugzeugen ermittelten Ingenieure, daß jede listig ersonnene aerodynamische Hilfe, mag sie für sich genommen auch nur bescheidene Vorteile bieten, ein beachtliches Einsparungspotential birgt: Schon eine Aerodynamik-Aufbesserung von nur zwei Prozent bedeutet bei Kurzstrecken-Passagierflugzeugen wie dem jüngsten Sproß der Airbus-Familie, dem A 320, eine Treibstoff-Ersparnis von etwa 50 000 Litern im Jahr.

Weit mehr wäre theoretisch möglich: Nur etwa 50 Prozent des Treibstoff-Durchsatzes der Triebwerke moderner Passagierjets gehen im Reiseflug gleichsam für das Nötigste drauf - als unvermeidlicher Energieeinsatz, um das Flugzeug gegen die Schwerkraft am Himmel zu halten und voranzutreiben.

Den Treibstoff-Verlust durch unerwünschte Luftwirbel (Turbulenzen) an Rumpf und Tragflächen setzen Aerodynamiker dagegen mit nahezu 45 Prozent an. Die verbleibenden Kerosin-Prozente werden, wie die Experten glauben, dafür gebraucht, die sanfte sogenannte laminare Strömung des Trägermediums Luft um die Flugzeughaut auszugleichen.

Um die bremsenden Wirbel zumindest von Teilen des Rumpfes und der Tragflächen abzulösen, ersannen Ingenieure drei Grundkonzepte gegen Turbulenzen: *___Sogenannte Wirbel-Brecher, die wie Automobil-Spoiler an ____den Rumpf gefügt werden, können großräumige, sich am ____Rumpf bildende Wirbelschleppen zerstören. *___Durch Millionen mikroskopisch feiner Bohrungen oder ____feinster Schlitze an der Außenhaut der vorderen ____Flügelkanten läßt sich ein Teil der anströmenden Luft ____ins Innere der Flügel absaugen. Durch den Saugeffekt ____schmiegt sich die Luftströmung enger an den Flügel und ____bleibt so über einen tieferen Bereich der Fläche ____laminar. *___Hauchfeine Kunststoffolien mit mikroskopisch kleinen ____Rippen, in Richtung der Luftströmung geklebt, verhelfen ____Jets zu einem besseren Luftschlupf.

Erste Flugerprobungen mit den Wirbel-Bremsen an einem Boeing-737-Jet sind für Ende dieses Jahres vorgesehen, das Konzept der Loch-Flügel hat sich bereits in ausgedehnten Flugtests bewährt. Mit einem Reiseflugzeug vom Typ JetStar simulierten Langley-Forscher die typischen Anforderungen eines Düsen-Jets im Liniendienst in den USA.

Für die Tests wurden zwei verschieden gestaltete Tragflächensegmente in die Flügel des JetStar integriert. Beide Entwicklungen bestätigten die Erwartungen der Aerodynamiker in eine verbesserte Anströmung der Tragflächen. Auch gelang es, die feinen Bohrungen und Schlitze in den Titanhäuten der Testflügel durch trickreiche Vorkehrungen von Eis und Insektenresten freizuhalten.

Gelänge es, die perforierten Flügelnasen und die Wirbel-Bremsen zur Serienreife zu entwickeln, dürften Gesellschaften wie die Lufthansa auf erhebliche Treibstoff-Einsparungen hoffen: Die Aerodynamik-Hilfen, so errechneten Langley-Ingenieure, mindern den Kerosin-Verbrauch um 25 bis 40 Prozent.

Als kleine, aber elegante Aerodynamik-Lösung gilt Strömungs-Experten die Rippen-Folie. Der Vorteil der hauchfeinen Kunststoffhäute: Sie sind preiswert herzustellen, können auf die Haut von Flugzeugen geklebt werden und verlangen keine aufwendigen, hochpräzisen Metallarbeiten in den Luftwerften.

Messungen an Nasa-Testflugzeugen und im Windkanal lassen für Folien-Flieger, so Langley-Forscher Bushnell, Treibstoff-Einsparungen von bis zu fünf Prozent erwarten.

Auf einen weiteren Bonus verwiesen Praktiker von Airbus Industrie: Etwa 150 Kilogramm würde die (einfärbbare) Windschlupf-Folie für einen A 320 wiegen - der Lackanstrich für diesen Flugzeugtyp schlägt hingegen mit 300 Kilogramm zu Buch.

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