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Forschung: Zwischen Papierflieger und Hai: So wollen Nasa und MIT das Fliegen revolutionieren

Eine Forschergruppe will das Fliegen neu erfinden. Die dazu entwickelten Flügel sind tausendfach leichter, stabiler -  und können selbstständig ihre Form verändern.

Die Flugzeuge der Zukunft erinnern in der Computervision der Forscher an Papierflieger

Die Flugzeuge der Zukunft erinnern in der Computervision der Forscher an Papierflieger

pr

Seit Jahrzehnten funktionieren Flugzeugflügel ungefähr gleich: Der Hauptkörper ist statisch, die Form lässt sich mit einem System von Klappen leicht verändern, um den Auftrieb verändern zu und die Maschinen steuern zu können. Jetzt haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) gemeinsam mit der Nasa einen völlig neues Flügelkonzept entwickelt - und das funktioniert grundlegend anders.

Die Idee ist schnell erklärt: Die aktuelle Form einer Tragfläche ist aerodynamisch nicht optimal, weil für verschiedene Flugphasen wie Start und Steigflug eigentlich jeweils leicht andere Formen besser geeignet wären. Die jetzige Lösung ist also nur der am besten funktionierende Kompromiss. Was aber, wenn sich der Flügel einfach komplett verändern könnte, um stets die optimale Form zu erreichen?

Im Windkanal der Nasa konnte sich das neue Flügel_Material bereits beweisen.

Im Windkanal der Nasa konnte sich das neue Flügel_Material bereits beweisen.

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Flexible Maschen

Genau das ist den Forschern nun gelungen, berichtet die Campus-Zeitung "MIT News". Demnach hat das Team aus Doktoranden es geschafft, ein Flügelsystem aus Unmengen kleinen, beweglichen Teilen zu konstruieren. Die an die Haut eines Hais erinnernde Oberfläche ist nicht nur leichter und stoßfester als aktuelle Flügel-Konstruktionen, sie kann sich Dank der flexiblen Bauweise auch an die jeweilige Flugsituation anpassen. 

Und das sogar selbstständig: "Wir konnten die Effizienz erhöhen, indem wir die Form an die Anforderungen verschiedener Flugwinkel anpassen", erklärt Nicholas Cramer, der das Projekt bei der Nasa betreut. Die Flügel falten sich dann bei Luftwiderständen so um, dass sie die effektivste Form annehmen. "Es ist genau das Verhalten, das man manuell einstellen würde, doch wir schafften eine passive Umsetzung." Komplexe Klappensysteme und eine Steuerung des Einklappens wird damit unnötig.

Möglich wird das durch den ungewöhnlichen Aufbau. Die Flügel setzen sich aus Tausenden kleinen Schuppen zusammen, die miteinander sowie einem darunterliegenden Gerüst verbunden sind. Durch die geschickte Anordnung fester und flexibler Teile ist das sogenannte Metamaterial dann gleichzeitig sehr flexibel und stabil. Die Flügel sollen ähnlich Stoßfest sein wie Gummi, erklärt einer der Forscher. "Unser Material hat dabei aber nur ein Tausendstel der Dichte." Pro Kubikmeter soll es nur 5,6 Kilo wiegen, bei Gummi seien es 1,5 Tonnen.

Die kleinen Lamellen sind auf einem komplexen Gitter befestigt

Die kleinen Lamellen sind auf einem komplexen Gitter befestigt

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Flugzeuge kommen später

Ob jemals echte Flugzeuge mit dem neuen Material gebaut werden können, wird sich aber erst zeigen müssen. Bei Tests in Windtunneln der Nasa konnte immerhin schon die Flugfähigkeit eines Modells mit 5 Metern Spannweite pro Flügel bewiesen werden, größere Modelle müssen noch entwickelt werden. Zudem entstehen durch die Ultraleichtbauweise ganz eigene Herausforderungen: Konventionelle Flugzeuge bringen einen Großteil ihres Treibstoffes in den Flügeln unter. Wie die Tanks und die beweglichen Teile zusammengebracht werden, muss noch gelöst werden. 

"Die vielversprechendsten Nutzungsszenarien sind auf kurze Sicht strukturelle Anbauten an Raumschiffen und im Weltraum eingesetzte Strukturen, etwa Antennen", erklärt Daniel Campbell, ein Experte für Materialstrukturen der Boeing-Tochter Aurora Flight Sciences. "Die Forschung zeigt vielversprechende Ergebnisse für Kostensenkungen und Erhöhungen der Effizienz bei großen, leichten, aber festen Strukturen."

Die Forscher denken aber schon einen Schritt weiter: Sie arbeiten bereits an der industriellen Produktion ihrer bisher per Hand gebastelten Flugmodelle. Eine Armee kleiner Roboter sollen in ihrer Vorstellung die Tausenden Miniplatten miteinander verbinden und die Flügel auch warten können, nun arbeiten sie an der Umsetzung der Idee. Das größte Hemmnis sei der Einkauf entsprechender Geräte, erklärt Forscher Benjamin Jenett. "Die Konstruktionsmaterialen selbst sind billig. Wir haben sie hier kistenweise herumstehen."

Quelle: MIT News 

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