Der Kondor
Die meisten Winglets sind den gebogenen Flügelspitzen des Kondors nachempfunden.
Luftwiderstand verringern –
Kerosin einsparen
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Flugzeuge verdrängen beim Fliegen große Luftmassen. Deshalb spielen die Form und die Oberflächenbeschaffenheit eines Flugzeugs eine wichtige Rolle für den Luftwiderstand. Je weniger Widerstand beim Fliegen überwunden werden muss, desto weniger Kerosin muss zur Schuberzeugung verbrannt werden.
Schon kleinste Unebenheiten an der Flugzeugoberfläche, wie Ritzen und Kanten, verwirbeln die Luft und bremsen das Flugzeug. Besonders an den Flügeln werden erhebliche Luftmengen verwirbelt. Die Flugzeughersteller arbeiten deshalb an neuen Flügelformen und neuen Oberflächen, um den Luftwiderstand zu reduzieren.
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Winglets & Co
Flugzeuge fliegen, weil über und unter den Tragflächen ein unterschiedlicher Luftdruck entsteht. Wegen dieses Druckunterschiedes kommt es an den Flügelenden im Flug zu Luftverwirbelungen, die das Flugzeug abbremsen. Das kostet Kerosin. Die Form und Größe der Verwirbelungen hängt auch vom Design der Flügel ab. Das gilt nicht nur für Flugzeuge, sondern auch für Vögel. Sie passen die Stellung ihrer Flügel im Flug an und sind damit ein Vorbild für den Flugzeugbau.
Bei manchen Vögeln sind die Flügelspitzen nach oben gebogen, weil das den Luftwiderstand verringert. Ein besonders auffälliges Beispiel dafür ist der Kondor. Nach dem gleichen Prinzip funktionieren die gebogenen Flügelspitzen an den Enden der Tragflächen von Flugzeugen.
Es gibt verschiedene Varianten und Namen, je nach Hersteller oder ob es sich um eine nach oben oder zusätzlich auch nach unten gebogene Verlängerung des Außenflügels handelt. Die gebogenen Flügelspitzen reduzieren die Luftverwirbelungen und sparen dadurch Kerosin ein: im Durchschnitt drei bis sechs Prozent. Praktisch bedeutet das, dass ein Flugzeug durch gebogene Flügelspitzen im Jahr bis zu 900 Tonnen CO2 einspart.
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Weniger CO2 durch gebogene Flügelspitzen
In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl von gebogenen Flügelspitzen entwickelt, die an verschiedenen Flugzeugtypen eingesetzt werden. Hier eine kleine Übersicht:
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Bildergalerie: Der Kondor als Vorbild
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Blended Winglet
Blendet Winglets bieten einen fließenden und runderen Übergang zur Spitze.
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Raked Wingtips
Bei den Raked Wingtips handelt es sich um eine pfeilartige Verlängerung des Flügels.
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Sharklet
Die Sharklets sind Haiflossen nachempfunden und sind am Ende des Flügels lang in die Höhe gebogen.
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Split Scimitar Winglet
Beim Split Scimitar Winglet ist der Flügel nach oben verlängert und hat eine zusätzliche Verstrebung nach unten.
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Wingtip Fence
Wingtip Fences sind sowohl nach unten als auch nach oben ausgerichtet.
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Vorbild Hai
Neben den Vögeln, deren Flügel Vorbild für die gebogenen Flügelspitzen sind, gibt es eine weitere Tierart, die Modell stand für eine Innovation in der Treibstoffeinsparung: Haie. Sie sind auch deshalb so schnelle Schwimmer, weil die Rillenstruktur ihrer Haut verhindert, dass bremsende Wasserverwirbelungen entstehen. Dieses Prinzip soll auch auf die Oberfläche von Flugzeugen übertragen werden.
Lange hat die Luftfahrt nach einer Technologie gesucht, um die Luftreibung am Flugzeug zu verringern. Mittlerweile ist es Lufthansa Technik und BASF gelungen, die besondere Beschaffenheit von Haifischhaut hierfür erfolgreich zu nutzen: Gemeinsam haben sie die haifischhautähnliche Oberflächenbeschichtung “AeroSHARK” entwickelt. Diese Oberflächenstruktur, die sogenannte Riblet-Struktur, besteht aus rund 50 Mikrometer großen Rippen. Die Beschichtung kann wie eine Folie auf die Oberfläche der Flugzeuge geklebt werden und reduziert den Reibungswiderstand und in der Folge auch den Kerosinverbrauch. Herausfordernd bei der Entwicklung war vor allem das Aufbringen der Oberflächenstruktur: Dieses Verfahren darf nicht zu komplex sein, gleichzeitig muss die Struktur stabil und haltbar sein und auch extremen Temperaturschwankungen standhalten.
Lufthansa Cargo hat alle Flugzeuge vom Typ Boeing 777F – die gesamte Langstreckenflotte – mit der neuartigen Beschichtung ausgestattet. Auch die Lufthansa-Tochter Swiss will ihre 12 Langstreckenflugzeuge vom Typ Boeing 777-300ER mit der „AeroSHARK“-Beschichtung ausstatten. Je nach Flugzeug soll eine Fläche zwischen 800 m² und 950 m² mit der Beschichtung beklebt werden. Durch die haifischähnliche Oberfläche wird eine Treibstoffersparnis von etwa einem Prozent erwartet. Auch wenn die Ersparnis auf den ersten Blick wenig scheint, werden allein durch den Einsatz der „AeroSHARK“-Beschichtung bei diesen beiden Airlines jährlich rund 8.500 Tonnen Kerosin und in der Folge fast 27.000 Tonnen CO2 eingespart.
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Vorbild Hai: Diese Oberfläche spart Emissionen ein
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Saubere Flügel
Flugzeugoberflächen verändern sich im Lauf eines Fluges auf Grund zunehmender Verschmutzungen. Eine Ursache dafür sind Insekten, die an den Flugzeugflügeln kleben bleiben und den Luftwiderstand und damit auch den Kerosinverbrauch erhöhen. Wie diese Verschmutzungen genau entstehen und sich zukünftig mit neuen Oberflächenmaterialien vermeiden lassen, wird gerade erforscht.
Mit einer Boeing 757 wurden in den vergangenen Jahren deshalb 83 Testflüge im südlichen US-Bundesstaat Louisiana durchgeführt, wo es besonders viele Insektenschwärme gibt.
Getestet wurden dabei auch neue insektenabweisende Beschichtungen auf den Flügeln. Mit Erfolg: Um bis zu 40 Prozent konnte die Verschmutzung reduziert werden. Das eingesetzte Testflugzeug „ecoDemonstrator“ wurde dabei gemeinsam von Boeing, TUI und der NASA betrieben.
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Neue Flügelformen
Flügel ist nicht gleich Flügel – vor allem mit Blick auf den Luftwiderstand und den Kerosinverbrauch. Im europäischen Forschungsprogramm Clean Sky werden neue Flügelformen entwickelt, die sich laminarer verhalten als die bisherigen. Eine höhere Laminarität bedeutet weniger Treibstoff und damit weniger Kohlendioxid-Emissionen. Aber was ist Laminarität?
Flugzeuge heben vom Boden ab, weil an den Flügeln Auftrieb erzeugt wird. Dieser entsteht durch die umströmende Luft. Dabei soll der Luftstrom möglichst gleichmäßig – also wirbelfrei – sein.
Diese gleichmäßige Strömung der Luft wird mit dem Wort laminar beschrieben. Die laminare Luftströmung wird durch Turbulenzen gestört, die zum Beispiel durch Kanten an den Flügeln entstehen können. Dadurch erhöht sich der Luftwiderstand und das Flugzeug verbraucht mehr Kerosin.
Neue Flügelformen mit neuen laminaren Eigenschaften sollen die Turbulenzen soweit wie möglich mindern. Dass sich Forschung und Entwicklung hier lohnen, zeigen potentielle Kraftstoffeinsparungen von bis zu 5 Prozent. Im Rahmen des Clean-Sky-Forschungsprojektes BLADE untersucht und testet Airbus zusammen mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen das Potenzial von Laminarprofilen für Verkehrsflugzeuge.
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Das Clean-Sky-Forschungsprojekt BLADE
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Saubere Triebwerke sparen Kerosin
Während des Flugbetriebes sammeln sich mit der angesaugten Umgebungsluft in den Triebwerken, insbesondere an deren Fan- und Verdichter-Schaufeln, Verunreinigungen durch Insekten, Sand, Staub, Pollen und Salze aus bodennahen Luftschichten. Dadurch arbeiten die Triebwerke thermisch weniger effizient und verbrauchen bei gleicher Leistung mehr Kerosin. Wie bekommt man sie sauber?
Um die Triebwerke am Boden von diesen Verunreinigungen zu befreien, hat die Lufthansa Technik ein wasserbasiertes Verfahren zur Reinigung der Triebwerke entwickelt – die Triebwerkswäsche Cyclean. Mit ihr wird für die Reinigung auf den Triebwerkskopf zunächst ein beweglicher 360 Grad-Waschkorb mit zwei Wasserdüsen aufgebracht. Anschließend wird in das Triebwerk 70 Grad heißes Wasser mit einem Druck von 65 Bar gespritzt. Durch die direkte Penetration in den Triebwerksgasstrom werden sowohl die Schaufeln (Blades) des Fans als auch die der Niederdruck- und Hochdruck-Verdichter optimal gereinigt.
Durch die regelmäßige Wäsche arbeiten die Triebwerke thermisch effizienter und verbrauchen bei gleicher Leistung durchschnittlich bis zu einem Prozent weniger Kerosin. Das führt zu einem deutlich geringerem Kohlendioxid- und Stickoxid-Ausstoß und somit zur Entlastung der Umwelt: Bei regelmäßiger Triebwerkswäsche können im Jahr bis zu 80 Tonnen CO2 pro Triebwerk eingespart werden. Die Fluggesellschaften sparen aber nicht nur Kosten für Kerosin, sondern mindern dauerhaft auch die Wartungskosten für die Triebwerke ihrer Flugzeugflotten.
