DE19938317A1

DE19938317A1 - Oberflächengestaltung zur Unterstützung des Selbstreinigungseffekts von Flugzeugteilen

Info

Publication number: DE19938317A1
Application number: DE19938317A
Authority: DE
Inventors: Reiner Kickert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-02-15

Abstract

Gestaltung, insbesondere der Oberfläche von Flugzeugteilen, die den Selbstreinigungseffekt von Oberflächen von Flugzeugteilen während des Fluges unterstützt, bestehend aus einer im Mikrometerbereich an ausgewählten Positionen vorhandenen, spezifisch unebenen Schicht, die im Zusammenhang mit Luftströmungen Reinigungseffekte bewirkt, ohne die Laminarität der Luftströmung zu beeinträchtigen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gestaltung, insbesondere von Oberflächen von Flugzeugteilen, die einen Selbstreinigungseffekt von Oberflächen der Flugzeugteile während des Fluges unterstützt, bestehend aus einer im Mikrometerbereich an ausgewählten Positionen vorhandenen, spezifisch unebenen Schicht, die im Zusammenhang mit Luftströmungen Reinigungseffekte bewirkt, ohne die Laminarität der Luftströmung zu beeinträchtigen.

Flugzeuge benötigen einen großen Teil ihrer Leistung, um Luftwiderstände zu überwinden. Reduziert man diesen Luftwiderstand - etwa durch Erzeugung laminarer Umströmung wesentlicher Teile des Flugzeugs -, hat dies u. a. geringeren Treibstoffverbrauch zur Folge.

In der Konsequenz kann die zu transportierende Nutzlast erhöht und/oder die Reichweite vergrößert werden.

Entwurfsaerodynamiker sind in der Lage, wesentliche Zonen, wie Tragflügel oder den Flugzeugrumpf so zu gestalten, daß sie im Flugbetrieb die erforderliche laminare Umströmung aufweisen könnten. Unter Laborbedingungen werden mit diesen Formen gute Ergebnisse erzielt. In der Praxis treten je doch Umstände auf, die den Einsatz dieser Techniken verhindern.

Verschmutzen z. B. Insekten die umströmten Flugzeugteile, bildet sich auf den Flugzeugteilen eine Rauhigkeit aus, die die Grenzschicht (Fig. 1) der Umströmung überragt und Turbulenzen in den darüberliegenden Strömungsschichten erzeugt. Eine Verschmutzung mit Insekten tritt regelmäßig in den niedrigeren Luftschichten, also nach dem Start und vor der Landung auf.

Es sind mechanische Einrichtungen bekannt, die Verunreinigungen an den Flügeln während des Fluges beseitigen können. Diese Einrichtungen weisen den Nachteil einer mechanisch aufwendigen Konstruktion auf, die zudem selbst die Ursache ungünstiger Strömungsbeeinflussung sein kann. Durch spezielle Konstruktionen (DE 40 16 850 A 1) wird der schädliche Einfluß mechanischer Reini gungsanlagen durch Nischen oder Kammern, in die das Tragflügelreinigungsgerät während der Ruhe phasen eingezogen ist, reduziert. Nachteil derartiger Lösungen ist, daß die Verwendung im Bereich der Flugzeugflügel möglich, aber für den Bereich der Leitwerke nur sehr aufwendig zu realisieren ist.

Weitere Konstruktionen (WO 96/4242, US 4813631) zielen auf das Absaugen turbulenter Schichten durch Löcher in der Oberfläche von Flugzeugteilen. Um diese Löcher vor Verschmutzung zu schützen, wird entweder eine Folie über den Bereich des Flügels gespannt, die sich mittels Aufwickelvorrichtung bewegen läßt, oder der perforierte Bereich in eine geschützte Stellung verbracht.

Andere Einrichtungen befeuchten den Flügel während der Steig- und Sinkphasen, so daß die In sektenreste durch das Zusammenwirken von Luftstrom und geringer Haftung auf dem angefeuchteten Flugzeugteil entfernt werden. Nachteilig ist bei einer solchen Konstruktion die kostenintensive Mikro perforation der Flugzeugteile. Zudem muß die benetzende Flüssigkeit, deren Beschaffungskosten ebenfalls zu berücksichtigen sind, von dem Flugzeug mitgeführt werden.

Insgesamt sind die oben angeführten Systeme sehr aufwendig und finden fast ausschließlich im Bereich Segelflug Anwendung.

Aktuelle Entwicklungen aus dem Bereich der Oberflächenbeschichtung zielen darauf ab ab, die Ver schmutzung von Oberflächen zu verhindern.

In einem bekannten Verfahren dieser Art (WO 96/04123) wird die Selbstreinigungseigenschaft von Oberflächen entweder durch die Schaffung entsprechender Oberflächenstrukturen bereits bei der Her stellung der Oberflächen aus hydrophoben Polymeren oder hydrophobierten Materialien auf der Oberfläche erzeugt. Auch eine Silanisierung von Oberflächen, welche die erforderliche Struktur auf weisen und zunächst hydrophil sind, wird vorgeschlagen. Das Oberflächenmaterial kann dann mit den reaktiven Gruppen der Silane reagieren, so daß die Oberfläche nun durch die Reste der Silane gebildet wird.

Im wesentlichen wird darauf abgezielt, daß auftretende Verschmutzung durch den Kontakt mit Flüssig keiten - vorzugsweise Wasser in der Form von Niederschlag - ohne den Einsatz weiterer Reinigungs mittel entfernt werden kann.

Zudem kennzeichnet die genannten Erfindungen, daß ihr vorwiegender Einsatz im statischen Bereich, wie z. B. zur Wand- und Dachziegelbeschichtung (DE 1997 46 053 A1), zu sehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschmutzung von Flugzeugteilen durch Insekten zu verhindern, indem eine Beschichtung auf die Flugzeugteile aufgebracht wird, wobei die laminare Um strömung des Flugzeugteiles erhalten bleibt; die Haftung auftreffender Insektenkörper soll dadurch verringert werden. Infolgedessen wird die Verschmutzung durch Insekten stark reduziert und eine Reinigung der Flugzeugteile durch den Luftstrom ohne weitere mechanische oder chemische Mittel bewerkstelligt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontamination von Flugzeugteilen durch die Verminderung der Kontaktfläche für die auftreffenden Insekten mittels einer für die unge störte Laminarströmung subkritischen Rauhigkeit reduziert wird, indem auf dem Flügel eine Beschich tung aufgebracht wird, die neben einer Grundstrukturierung (Fig. 2) durch Partikel der Größenord nung von 5 bis 60 µm eine Feinstrukturierung (Fig. 3) durch Partikel mit einem Durchmesser von 1 bis 20 µm aufweisen kann und die in ihrer vertikalen Struktur den an spezifischen Flugzeugteilen herrschenden Strömungsverhältnissen während des Fluges angepaßt ist.

Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Beschichtung von Flugzeugteilen werden anhand der Zeichnungen in einigen Ausführungsformen beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Grenzschicht,

Fig. 2 das Prinzip einer erfindungsgemäßen Beschichtung,

Fig. 3 das Prinzip erfindungsgemäßer Beschichtungen, die neben ihrer Grundstruktur noch eine Feinstruktur aufweisen,

Fig. 4 die mögliche Positionierung erfindungsgemäßer Beschichtungen auf einem Flugzeugteil,

Fig. 5 die mögliche Positionierung erfindungsgemäßer Beschichtungen auf einem anderen Flugzeugteil.

Abkürzungsverzeichnis

H. . . Haftbedingung
δ(x). . . Grenzschichtdicke
u(z). . . Geschwindigkeitsprofil in der Grenzschicht

Claims

1. Beschichtung für luftumströmte Bauteile, insbesondere Flugzeugteile, mit einer für eine laminare Luftströmung subkritischen, jedoch Insektenbesatz vermindernden Oberflächenrauheit, deren Rauhtiefe im Bereich von 1 µm-60 µm liegt.

2. Beschichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Grundstruktur mit einer Rauhtiefe im Bereich von 5 µm-60 µm und durch eine die Grundstruktur überlagernde Feinstruktur mit einer Rauhtiefe im Bereich von 1 µm-20 µm.

3. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe durch in die Beschichtung eingebrachte Partikel entsprechender Durchmesser gebildet ist.