Lotus-Effekt macht Flugzeuge eisfrei: Winzige Hügel auf der Außenhaut senken den Treibstoffbedarf

Flugzeuge werden vor dem Start bei Bedarf enteist. Während des Fluges kann sich jedoch neues Eis bilden. Es erhöht das Gewicht und reduziert den Auftrieb. Gefährdete Regionen werden deshalb beheizt. Das führt zu erhöhtem Kerosinverbrauch. Forscher am Fraunhofer-Institut Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben gemeinsam mit dem Flugzeugbauer Airbus und der Technischen Universität Dresden ein Verfahren entwickelt, das das Anhaften von Eis weitgehend verhindert. Dazu wird die Oberfläche der Regionen, an denen sich Eis bilden kann, mit einem Verfahren namens Direkte Laserinterferenzstrukturierung gezielt aufgeraut. Es entstehen regelmäßig angeordnete „Hügel“ im Mikrometer- und Submikrometerbereich. Diese verhindern, dass Eis sich festsetzen kann beziehungsweise vom Luftzug abgerissen wird, wenn es sich doch einmal bildet.

Heizleistung sinkt um 20 Prozent

Ganz ohne Heizung geht es dennoch nicht, doch es zeigte sich, dass die dafür aufgewendete Leistung um 20 Prozent reduziert werden kann. Tests fanden im Airbus-Windkanal statt. Die Windgeschwindigkeiten entsprachen mit 65 bis 120 Metern pro Sekunde der Realität während eines Fluges. Die Temperatur lag während der Versuche, die bei verschiedenen Luftfeuchtigkeitswerten stattfanden, bei minus zehn Grad Celsius.

Bei einer Heizleistung von 60 Watt auf dem unstrukturierten Profil verschwand das Eis nach 70 Sekunden, auf der strukturierten Oberfläche war es bei gleicher Heizleistung schon nach fünf Sekunden vollständig verschwunden. Um das Eis auf der unstrukturierten Oberfläche ebenfalls innerhalb von fünf Sekunden zu entfernen musste die Heizleistung um 25 Prozent gesteigert werden. „Mikro- und Nanostrukturen auf Metall bewirken, dass sich Wassertropfen nicht mehr anheften können. Dieser Effekt ist der Natur entlehnt und im Allgemeinen als Lotus-Effekt bekannt“, sagt Fraunhofer-Forscher Sabri Alamri.

Vor der Landung bildet sich am ehesten Eis

„Die Bildung von Eis ist besonders kurz vor der Landung gefährlich“, sagt Elmar Bonaccurso, Materialwissenschaftler bei Airbus. „Wenn das Flugzeug bei Minusgraden durch die Wolken fliegt, gefriert das Wasser innerhalb von Millisekunden auf der Oberfläche. Dies kann die Funktionsfähigkeit von Steuerelementen wie Landeklappen und Vorflügel stören.“ Ein Airbus 350 ist mit strukturierten Bauteilen ausgestattet, um die Funktionsfähigkeit im realen Betrieb zu testen.

via Fraunhofer

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