Provozierte Wirbel an Tragflächen sparen Kerosin

Gleich 15 Prozent weniger Verbrauch bei unveränderter Leistung der Jets versprechen sich Stuttgarter Wissenschaftler von einer gezielten Erzeugung lang gestreckter Luftwirbel entlang dem Leitwerk und den Tragflächen.

Stuttgart - Jedes Jahr gibt allein die Deutsche Lufthansa rund drei Milliarden Euro für Flugbenzin aus. Bei diesen Zahlen und einem Trend zu höheren Treibstoffkosten lassen sich durch jedes Prozent Spritersparnis Millionen einsparen. Die neue Technologie führt zu einer deutlichen Reduzierung des Reibungswiderstands bei Flugzeugen.

Mit der enormen Rechenleistung des Supercomputers am Höchstleistungsrechenzentrums (HLRS) der Universität Stuttgart simulierten Ralf Messing und Kollegen die Luftwirbel, die rund um eine Tragfläche beim Flug entstehen. Je ungeordneter dieser Turbulenzen sind, desto höher wird der Reibungswiderstand und der Spritverbrauch nimmt zu. Messing schaute nun genauer auf die dünne Grenzschicht der Strömung direkt am Flügel. In dieser dünnen Schicht passt sich die Geschwindigkeit des Fluids an die Geschwindigkeit des Körpers an.

Winzige Öffnungen in der Flugzeugoberfläche können die Ausbildung von unerwünschten turbulenten Strömungen verhindern. Durch die Löcher wird permanent Luft aus der Grenzschicht abgesaugt und die Strömung bleibt so länger gleichmäßig laminar. Mit Hilfe von Simulationen auf dem Supercomputer NEC-SX 8 erkannten die Wissenschaftler nun eine spezielle Anordnung der Absaugöffnungen, die die Effektivität der Absaugung an den Flügeln drastisch erhöht. Dabei werden gezielt gutartige, eng nebeneinander liegende Längswirbel erzeugt, die schädliche Wirbel unterdrücken und so Turbulenzen verhindern oder verzögern. Erste Berechnungen ergaben einen möglichen Einsparungseffekt von bis zu 15 Prozent Treibstoff.

Diese Erkenntnisse könnten auch für einen wirtschaftlicheren Betrieb von Windrädern eingesetzt werden. Denn auch hier bremsen turbulente Wirbel an den Rotorspitzen die Umdrehungszahlen und reduzieren damit die Stromproduktion. Die Methode ist jedoch nicht nur auf Absaugvorrichtungen begrenzt. Auch kleine Dellen, künstliche Rauigkeiten oder Ausblasöffnungen können die nützlichen Wirbel anregen. Messing und seine Kollegen haben ihre Entwicklung inzwischen über das Technologie-Lizenzbüro der baden-württembergischen Universitäten zum Patent angemeldet. Auch Michael Resch, Direktor des Höchstleistungsrechenzentrums, ist stolz auf dieses Ergebnis, das mit seinem Supercomputer erreicht werden konnte. Und er sieht eine wachsende Bedeutung der meist als teuer gescholtenen Computersimulationen. "Ich rechne mit einer radikalen Verbilligung in den nächsten drei Jahren, so dass virtuelle Realität auch für kleine und mittelständische Unternehmen erschwinglich wird", prognostiziert Resch.