FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KURZZEITDYNAMIK, ERNST-MACH-INSTITUT, EMIRegen und Hagel greifen Flugzeugtragflächen an – mit spürbaren Folgen für Aerodynamik und Treibstoffverbrauch. Neue Materialien versprechen Abhilfe.
April 2026. Um den ökologischen Fußabdruck von Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen zu verringern, kann das Design der Tragflächen optimiert werden. Das Projekt »Ultra Performance Wing« (UP Wing), an dem auch das Fraunhofer EMI beteiligt ist, liefert dabei einen wesentlichen Beitrag. Ziel ist, den Kraftstoffverbrauch um 30 Prozent zu verringern.
Das Fraunhofer EMI arbeitet mit dem federführenden Fraunhofer IFAM an zwei Teilprojekten, die die Widerstandsfähigkeit neuer Beschichtungen gegen Regenund Sanderosion sowie die Robustheit einer innovativen Flügelstruktur gegenüber Hagelschlag untersuchen. Dabei bringt das Fraunhofer EMI seine Expertise in der Simulation von Impakt-Vorgängen und in hochdynamischen Experimenten ein.
Der wiederholte Tropfenaufprall bei hoher Geschwindigkeit erhöht die Oberflächenrauheit von Flügelvorderkanten durch Bildung kleiner Krater – und damit den Luftwiderstand. Um diesen Effekt zu untersuchen, entwickelten die Wissenschaftler eine Methode, die erstmals den wiederholten Aufprall hunderter Regentropfen auf dieselbe Stelle dreidimensional simuliert.
Die Simulationen erfolgten mit der EMI-Software »APOLLO Blast Simulator«, gekoppelt mit dem EMIStruktursolver »SOPHIA«. Als Testmaterial diente weiches Aluminium, das im Flugzeugbau häufig als Korrosionsschutzschicht verwendet wird.
Die Ergebnisse zeigen neue Details zur Kraterbildung: Mit zunehmender Kratertiefe steigt der Druck im Kraterzentrum. Grund ist die wachsende Beschleunigung des Wassers zur tiefsten Stelle in der Kratermitte. Derzeit untersucht das Fraunhofer EMI, wie sich der Druckeintrag auf die unbeschädigte Oberfläche durch von Projektpartnern entwickelte Beschichtungen verändert.
Im zweiten Teilprojekt analysiert das Fraunhofer EMI den Hagelschlag auf Platten aus faserverstärktem Kunststoff. Dieses Material soll in adaptiv veränderbaren Flügelvorderkanten eingesetzt werden, die die Strömung optimieren. Nach Beschuss mit Eiskugeln ermittelten Ultraschalluntersuchungen, ab welchen Aufprallgeschwindigkeiten Delaminationen in den Faserlagen auftreten. Die Ergebnisse fließen in ein Materialmodell ein, das künftig realistische Simulationen von Hagelschäden ermöglicht.
UP Wing ist Teil des von der Europäischen Union geförderten Forschungsprogramms »Clean Aviation«. Das auf drei Jahre angelegte Forschungsvorhaben vereint ein interdisziplinäres Konsortium aus Industrie, Forschungsinstituten und Universitäten.
