Nanokohlenstoffbeschichtung reduziert Eisbildung und verleiht Flugzeugen mehr Aerodynamik

Eine von EU-finanzierten Wissenschaftlern entwickelte Nanokohlenstoffbeschichtung verringert sowohl den Eisaufbau auf Flugzeugoberflächen als auch die während des Flugs auftretenden Turbulenzen durch Luftwiderstand.

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Die Enteisung von Flugzeugen wird bei kaltem Wetter schnell zu einem zeitaufwändigen sowie arbeits- und materialintensiven Unterfangen, bei dem sogar Lösungsmittel zum Einsatz kommen. Wissenschaftler des EU-finanzierten SANAD-Projekts haben nun eine Beschichtung für Flugzeuge entwickelt, die Wasser abweist und so zu erheblichen Wartungskosteneinsparungen führt. Die innovative Nanokohlenstoffbeschichtung verringert gleichzeitig den Luftwiderstand an der Flugzeugoberfläche, wodurch Treibstoffverbrauch und CO2-Emissionen reduziert werden. „Wir wollten von Anfang an eine Beschichtung, die eine Kombination dieser Merkmale zu bieten hat“, erklärt Projektkoordinator Dr. Stephanos Nitodas, Leiter der Nanotechnologie-Forschungsabteilung von Glonatech in Athen, Griechenland. „Wir starteten mit mehreren Beschichtungen mit verschiedenen Kombinationen der in Harze eingebetteten nanostrukturierten Materialien, um zu sehen, auf welche Weise wir diese Effekte kombinieren können.“ In den Anlagen der Partner NSCR Demokritos in Griechenland und Bionanovate Ltd im Vereinigten Königreich wurden in Zusammenarbeit mit den anderen Partnern verschiedene Beschichtungsrezepturen zubereitet. Drei der in Frage kommenden Beschichtungen auf Basis von Metalloxiden oder nanostrukturiertem Kohlenstoff – Kohlenstoffnanoröhren oder Graphenoxid – wurden nach sorgfältiger Charakterisierung und gemäß den von British Airways festgelegten technischen Daten als die bestmöglichen identifiziert. Vor den erfolgreichen Tests unter Flugbedingungen am Airbus A320 der British Airways (BA) wurden an der Kingston University, Vereinigtes Königreich, Windkanaltests und CFD-Analysen (Computational Fluid Dynamics) durchgeführt. „In Abhängigkeit von der getesteten Formulierung konnten wir im Vergleich zu den kommerziell verfügbaren, gegenwärtig von den Luftfahrtflotten eingesetzten Beschichtungen, die die keine Nanopartikel enthalten, bei den Wasser-Kontaktwinkel-Messungen und somit in der Hydrophobie Verbesserungen von 20 % bis 40 % feststellen“, berichtet Dr. Nitodas. Das stellt eine erhebliche Einsparung dar, denn die Enteisung kann zehntausende Euro oder sogar noch mehr kosten, wenn bei extremer Witterung der Arbeitsschritt mehrmals am Tag erledigt werden muss. Mittels Oberflächen-Nanorestrukturierung stimmte das Projektteam außerdem die Rauheit der Beschichtung ab, wobei man auf eine Verringerung der In-Flight-Turbulenzen abzielte. Auf diese Weise wird die Anlagerung von Schmutz auf dem Haupttragwerk des Flugzeugs, der Anströmkante der Tragflächen und in anderen Bereichen reduziert, wodurch die Reibung und der Luftwiderstand an der Oberfläche des Flugzeugs verringert wird. Das wiederum senkt den Treibstoffverbrauch des Flugzeugs und die Gesamtflugkosten sowie die CO2-Emissionen, wodurch das Flugzeug umweltfreundlicher wird. Zudem sei die nanostrukturierte Beschichtung steifer, strapazierfähiger und müsse nicht so oft wie die derzeit verfügbaren kommerziellen Beschichtungen ersetzt werden, wie Dr. Nitodas erläutert. Die Herausforderung bestand nicht allein darin, die Nanopartikel chemisch zu modifizieren. „Wir haben versucht, Prozesse zur Oberflächenbehandlung der Nanopartikel zu finden, die nicht nur in Hinsicht auf die endgültigen Funktionseigenschaften effizient sind, sondern auch problemlos für eine Fertigung im industriellen Maßstab aufskaliert werden könnten“, berichtet der Forscher. Das entwickelte Beschichtungsprodukt, ein Topcoat, befindet sich derzeit in der Patentierung und die Projektpartner, zu denen Hochschulforscher, Nanotechnologieunternehmen und BA zählen, führen eine Marktanalyse über dessen Einsatz, nicht nur in der Luftfahrtindustrie, sondern auch im Fahrzeugsektor und anderen kommerziellen Bereichen durch.

Schlüsselbegriffe

SANAD, British Airways, BA, Nanotechnologie, Enteisung, Aviatik, Flugwesen, Luftfahrt, Emissionen

Synthesis of Advanced top Nano-coatings with improved Aerodynamic and De-icing behavior

Nanokohlenstoffbeschichtung reduziert Eisbildung und verleiht Flugzeugen mehr Aerodynamik

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