Fliegen nach Vorbild der Venusfliegenfalle

Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) forschen an einer verformbaren Flügel­hinterkante, die sich stufenlos in beliebige Zielformen bewegen kann und klassische Landeklappen überflüssig macht. Die Klappen an den Tragflächen heutiger Verkehrs­flugzeuge werden durch eine aufwendige Mechanik betätigt. Deren Verkleidung sowie entstehende Spalte beim Ausfahren beeinträchtigen die Aero­dynamik, erhöhen dadurch den Kraftstoff­verbrauch und tragen zudem zum Fluglärm bei. Die neue Technologie ist dagegen nach dem Bewegungs­vorbild der Venus­fliegen­falle flexibel. Sie ermöglicht einen spalt­freien Übergang zwischen Tragfläche und Klappen.

Bei der Suche nach einer technischen Möglichkeit, die Trag­flächen­hinter­kante während des Fluges ideal verformen zu können, hat sich die Venus­fliegen­falle als erstaunlich guter Ideengeber herausgestellt. Das verwundert aber nur auf den ersten Blick. „Die fleisch­fressende Dionaea Muscipula muss sehr schnell ihre Fangblätter zusammenklappen können, um ihre fliegende Insektenbeute zu fangen“, sagt Benjamin Gramüller vom DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik. „Das schafft Sie durch eine Druckänderung in den Blattzellen und einer evolutionär optimierten Geometrie der Blattform.“ Untersuchungen haben gezeigt, dass die Venus­fliegen­falle durch Wasserdruck eine Vorspannung aufbaut, die sie im Auslösefall, wenn etwa eine Fliege die Falle betritt, schnell entladen kann. Dann schnappt die Falle zu. „Das Bewegungs­prinzip der Pflanze nutzen wir nun für Luftfahrt­anwendungen“, so Gramüller.

Der Forscher und seine Kollegen haben die Idee des Zellverbundes, der unter Druck eine gewünschte Form annimmt, auf die Flügel­hinter­kante übertragen. Sie entwickelten dafür weltweit erstmals einen Lande­klappen­demonstrator, der mit Druckluft betrieben wird und flexibel aero­dynamische Formen für den Reiseflug oder den Landeanflug annehmen kann. Die Kunststoff­zellen im Demonstrator haben verschiedene Größen, um der Form einer Flügelhinterkante gerecht zu werden. Zwei Zellschichten liegen übereinander. „Um die Kante anzuheben, geben wir Druckluft in die untere, um sie abzusenken in die obere Zellschicht“, erklärt Gramüller. „Die Druckluft ist durch das bestehende Druckluft­system eines Flugzeugs später leicht verfügbar.“ Mit der neuartigen Flügel­technologie konnten die Forscher bereits zeigen, dass sich abhängig von der zugeführten Druckluft die gewünschten Klappen­formen für Start und Landung ergeben.

Den ausgefahrenen Landeklappen verdankt ein Flugzeug, bei langsamer Geschwindigkeit durch einen erhöhten Auftriebsbeiwert in der Luft zu bleiben. Die Klappen vergrößern die Wölbung der Trag­flächen im Langsamflug und kompensieren so den Geschwindigkeits­verlust. Zukünftig planen die Wissenschaftler, ihre neue Klappen­technologie im Windkanal zu testen. Das Forschungsvorhaben PACS (Pressure Actuated Cellular Structures) wird in Zusammenarbeit mit Airbus Defence and Space durchgeführt.

DLR / DE