TU Wien verbessert Helikoptertechnik

Die Forschung im Luftfahrt-Bereich wurde an der TU Wien in den letzten Jahren mit großem Erfolg ausgebaut. Ergebnisse werden nun vom 16. bis 18. November auf der Messe Köln präsentiert.

Immer noch gibt es in der Luftfahrttechnologie viel zu verbessern: Luftfahrzeuge sollen umweltfreundlicher, haltbarer und noch sicherer werden. Um das zu erreichen, muss man sie in ganz unterschiedlichen Bereichen optimieren. Die Forschungsthemen reichen von verbesserter Getriebetechnologie über bessere Schmierstoffe und Verschleißminderung bis zur Aerodynamik.

An der TU Wien wird schon lange an Luftfahrtthemen geforscht, in den letzten Jahren wurde dieser Bereich noch deutlich ausgebaut. Im Forschungsbereich Maschinenelemente und Luftfahrtgetriebe der TU Wien sind nun drei Professuren angesiedelt, die eng miteinander kooperieren. Eng wird auch mit externen Partnern zusammengearbeitet – sowohl mit zahlreichen Industrieunternehmen als auch mit Behörden aus dem Bereich der Luftfahrtsicherheit. Die Erfolge dieser Arbeit werden nun vom 16. bis 18. November im Rahmen einer Ausstellung sowie einer Konferenz auf der Messe Köln präsentiert, die von der Europäische Helikopter Vereinigung gemeinsam mit der Agentur für Flugsicherheit der Europäischen Union (EASA) veranstaltet wird.

Vom Getriebe bis zum Schmiermittel

Beim Autofahren trennt man die Verbindung zwischen Antrieb und Rädern, wenn man von einem Gang zum anderen schaltet. Beim Helikopter ist das nicht so einfach: „Würde man mit Hilfe einer Kupplung den Rotor plötzlich vom Antrieb trennen und damit die Leistung wegnehmen, würde das Fluggerät sofort absacken“, erklärt Prof. Michael Weigand. Bei Hubschraubern sind Rotor und Antrieb daher fest miteinander verbunden. An der TU Wien wurde allerdings ein neuartiges, ausgeklügeltes Getriebe entwickelt, das zum Wechsel der Übersetzung zwei gekoppelte Planetengetriebe verwendet. Es benötigt keine Kupplung und erlaubt, das Übersetzungsverhältnis von Antrieb und Rotor stufenlos zu variieren.

Das eröffnet äußerst vielversprechende Möglichkeiten für bessere Helikopter. Allerdings müssen auch andere Anpassungen vorgenommen werden, etwa an der Konstruktionsweise der Rotorblätter, um die Vorteile dieser Idee nutzen zu können. Dadurch sollen Helikopter sicherer, energieeffizienter und auch deutlich leiser werden.

Die Beanspruchung beweglicher Teile, etwa im Getriebe eines Helikopters, ist extrem hoch. Daher spielt in diesem Bereich die Tribologie eine entscheidende Rolle – die Wissenschaft von Reibung und Verschleiß. Das ist das Spezialgebiet von Prof. Carsten Gachot: „Dieses Forschungsgebiet hat sich in den letzten Jahren drastisch gewandelt“, sagt Gachot. „Während man sich früher oft einfach auf Erfahrungswerte verlassen musste, können wir heute den Materialverschleiß mit modernsten Computermethoden auf mikroskopischer Skala analysieren.“

Ein für die Helikoptertechnologie besonders vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von sogenannten „2D-Materialien“ – das sind Materialien, die aus hauchdünnen Schichten bestehen, wie das berühmte Kohlenstoff-Material Graphen. Das Tribologie-Team der TU Wien beschäftigt sich besonders mit der Materialklasse der MXene (sprich: „Maxene“). Dabei handelt es sich um Festschmierstoffe mit ausgezeichneten Eigenschaften: Die extrem dünnen Materialschichten können aneinander vorbeigleiten und ermöglichen somit fast verschleißlose Bewegung.

Seit Mai 2021 wird das Luftfahrttechnik-Team der TU Wien auch noch von Prof. Martin Berens verstärkt, mit einem starken Schwerpunkt im Bereich Luftfahrzeugdesign und Flugzeugentwurf. Seine Expertise im Bereich Aerodynamik und Antriebstechnologie spielt für die Innovationen von morgen eine zentrale Rolle. Seine Ziele sind hoch gesteckt: Sie reichen bis hin zu rein elektrisch betriebenen Luftfahrzeugen.

Enge Verbindung zu Wirtschaft und Behörden

Die drei Professoren, Martin Berens, Carsten Gachot und Michael Weigand, bringen von ihrer Tätigkeit in Industrie und Forschung vor ihrer Berufung an die TU Wien vielfältige internationale Kontakte zu Industrie, Flugsicherheitsbehörden und Forschungseinrichtungen mit, die für ihre wissenschaftliche Arbeit an der TU Wien eine wichtige Rolle spielen: „Akademische und industrielle Forschung müssen in diesem Bereich eng mit den Behörden zusammenarbeiten“, betont Michael Weigand. Zu den gemeinsamen Zielen gehören die Reduktion des Treibstoffverbrauchs und des Lärms sowie der Umstieg auf Elektromotoren oder nachhaltig produzierte Treibstoffe. Auch auf die Lehre wird an der TU Wien großer Wert gelegt – an der TU Wien sollen die führenden Luftfahrtingenieur_innen von morgen ausgebildet werden. Dazu wird gerade ein eigener Masterstudiengang instituts-, fakultäts- und universitätsübergreifend aufgebaut.

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