Der neue Himmel

Um dieses Ziel zu erreichen, müssen neue Strukturkonzepte und aerodynamische Profile, verbesserte Antriebskonzepte sowie angepasste Logistikkonzepte entwickelt und in die Praxis umgesetzt werden. Im EU-Projekt Clean Sky wollen Fraunhofer-Forscher ihren Beitrag zur Lösung dieser Herkulesaufgabe leisten. Auf der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung ILA in Berlin vom 8. bis 13. Juni 2010 präsentieren sie erste Ergebnisse.

Fliegen kann erheblich umweltfreundlicher werden, davon sind die Luftfahrt-Experten vom »Advisory Council for Aeronautics Research in Europ« ACARE überzeugt. In den Leitlinien, die sie für die europäische Luftfahrtindustrie erarbeitet haben, fordern sie bis zum Jahr 2020 eine Reduktion von Kohlendioxid- und Lärmemission um 50 Prozent; der Ausstoß von Stickoxiden soll um 80 Prozent reduziert werden.

Die Ziele sind ehrgeizig, aber erreichbar, meint Prof. Holger Hanselka. Der Leiter des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt ist seit 2008 Mitglied des Governing Boards, dem Entscheidungsgremium des EU-Projekts »Clean Sky« – mit einem Fördervolumen von 1,6 Milliarden Euro eines der umfassendsten und aufwändigsten Forschungsprojekte Europas. Das Ziel der beteiligten 86 Industrie- und Forschungspartner aus 16 Nationen ist es, nicht nur einzelne Technologien für spezifische Anwendungen zu entwickeln, sondern das gesamte System Luftfahrt zu evaluieren und voranzutreiben.

Im ersten Schritt hat eine Task Force die wichtigsten Technologiefelder definiert – beim Flugzeug sind das Triebwerke, Tragflächen – und Rumpfstrukturen sowie Systeme und Fahrwerk. Jede dieser Komponenten kann dazu beitragen, die Ökobilanz des Gesamtsystems zu verbessern: Ein optimiertes Strömungsprofil der Tragflächen reduziert den Lärm und spart Energie; verbesserte Triebwerkstechnik minimiert den Kerosinverbrauch; Materialien mit hoher Lebensdauer sparen Rohstoffe; die Verwendung von recyclebaren Materialien verhindert Abfälle. Die Fülle der Details ist dabei enorm: Es gilt, Materialien zu testen, Stoffflüsse zu simulieren, Berechnungsmethoden zu verfeinern, Experimente durchzuführen und auszuwerten. »Auf allen Ebenen der Unternehmen müssen die Ziele genau definiert sein, so dass jeder weiß, was er zu tun hat«, erläutet Fraunhofer-Programmmanager John Simpson.

Erstmals wollen die Forscher jetzt auch im Flugzeugbau Stoffkreisläufe berücksichtigen – bisher lassen sich ausgediente Maschinen nämlich nur schwer entsorgen. Die Spezialisten am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologien ICT beispielsweise entwickeln Spezialkunststoffe, die nicht nur exakt die vom Hersteller gewünschten Materialeigenschaften besitzen, sondern am Ende ihres Lebens auch umweltverträglich entsorgt werden können. »Die Flugzeughersteller, die ihre Maschinen bisher vornehmlich in Manufakturen gefertigt haben, wollen ihre Produktion in Zukunft automatisieren. Hier können die Fraunhofer-Institute, die spezialisiert sind auf Fertigungsprozesse, ihre Erfahrungen einbringen«, erläutert Hanselka. So untersuchen Forscher vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und ngewandte Materialforschung IFAM, wie sich die derzeit wichtigsten Leichtbaumaterialien werkstoffgerecht fügen lassen und wie durch neuartige Beschichtungssysteme die Strömungseigenschaften der Flugzeugoberflächen verbessert werden können. Darüber hinaus werden nanotechnologische Materialien für den sensorischen Einsatz zur Überwachung von Flugzeugstrukturen untersucht.

Besonders hohe Anforderungen stellt die Luftfahrtindustrie an die Sicherheit – aus gutem Grund, denn das Leben von Passagieren und Crew hängt davon ab, dass die verwendeten Materialien den wechselnden Druck- und Temperaturbedingungen, den Vibrationen und Scherkräften, die während jedes Fluges auftreten, standhalten. Die Experten am LBF zeigen auf der ILA ein neues Sensorsystem für die Online-Überwachung von Tragflügeln: Aktoren, die in die Flügel integriert werden, senden Impulse aus. Ein Netz von Sensoren empfängt die Signale und gibt sie an ein elektronisches Datenverarbeitungssystem weiter. Veränderungen im Transferpfad, die auf Risse im Material hinweisen, können auf diese Weise sofort aufgespürt werden. Die Forscher der Fraunhofer-Einrichtung für Elektronische Nanosysteme ENAS entwickeln derzeit einen Demonstrator, der Deformationen messen kann, wie sie bei Start und Landung eines Flugzeugs auftreten.

Gleich nach der Sicherheit kommen Gesundheit und Wohlbefinden der Passagiere. So soll beispielsweise geprüft werden, ob die neu entwickelten Materialien die Luftqualität in der Fahrgastkabine beeinträchtigen: In der Flight Test Facility am Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP lassen sich die Druck-, Temperatur- und Feuchtebedingungen während eines Fluges simulieren. Ein Modell des Simulators wird auf der ILA, Halle 13 Stand 403, zu sehen sein.