In der Luftfahrt zählt jedes Kilogramm und jeder Prozentpunkt an Effizienz. Ein Team des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) verfolgt deshalb einen Ansatz, der ein zentrales Problem der Aerodynamik löst: den zusätzlichen Widerstand durch starre Steuerflächen. Im Projekt „morphAIR“ haben Forschende eine Flügelstruktur entwickelt, die ihre Form während des Fluges kontinuierlich anpasst. Damit rücken Bauteile wie klassische Querruder und Landeklappen in den Hintergrund.
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Abschied von Spalten und Stufen
Bisherige Flugzeuge nutzen mechanische Klappen, um den Auftrieb zu steuern. Fahren diese aus, entstehen unweigerlich Lücken und Stufen im Profil der Tragfläche. Das erzeugt zusätzlichen Luftwiderstand und begünstigt lokale Strömungsabrisse. Das DLR setzt stattdessen auf das sogenannte HyTEM-Konzept (hyperelastic trailing edge morphing). Hierbei besteht die Hinterkante des Flügels aus einem hochflexiblen Material.
Zehn kleine Antriebe sind über die gesamte Spannweite verteilt. Sie verformen das Profil präzise und stufenlos. Martin Radestock, Projektleiter am DLR-Institut für Systemleichtbau, erklärt die Vorteile: „Das HyTEM-Konzept ersetzt klassische Klappen und Querruder durch ein intelligentes System mit mehreren kleinen und über die Flügelspannweite verteilten Antrieben. Diese können die Profile an zehn Stellen präzise anpassen, ohne dass Lücken zwischen den Bereichen entstehen.“ Durch die glatte, durchgängige Oberfläche sinkt der Profilwiderstand. Gleichzeitig lässt sich der Auftrieb gezielter einstellen.
Ein Flugzeug mit direktem Blick auf die Strömung
Damit das System weiß, wie es sich verformen muss, braucht es Daten. Das DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik hat das Versuchsflugzeug „PROTEUS“ so ausgelegt, dass es aus wenigen Sensordaten die vollständige Druckverteilung auf der Flügeloberfläche rekonstruiert.
Weicht die tatsächliche Strömung von den erwarteten Zuständen ab, erkennt das System dies unmittelbar. Lokale Störungen identifiziert die Technik so frühzeitig und gleicht sie gezielt aus. Das Flugzeug reagiert damit nicht erst auf ein instabiles Verhalten, sondern bereits auf dessen aerodynamische Ursachen.
KI-Regelung koordiniert verteilte Aktuatoren
Die Steuerung eines Flügels mit zehn variablen Zonen ist deutlich komplexer als bei klassischen Systemen. Hier setzt das DLR auf eine KI-gestützte Flugregelung. Ein lernfähiger Algorithmus koordiniert die zahlreichen Aktuatoren und passt ihre Bewegungen kontinuierlich an.
Ein entscheidender Punkt: Das System wird nicht erst im Flug adaptiv. Bereits im Training simulieren die Fachleute gezielt Ausfälle einzelner Antriebe und Störungen. So lernt die KI, auch unter veränderten Bedingungen stabil zu reagieren. Fällt im Betrieb ein Aktuator aus, erkennt die Software dies und verteilt die Aufgaben auf die verbleibenden Elemente.
Martin Radestock betont den aerodynamischen Nutzen: „Durch die kontinuierliche Form sinkt der Profilwiderstand. Zudem kann der Auftrieb, der induzierte Luftwiderstand und die Steuerung des Flugzeugs gezielt beeinflusst werden.“
Erfolgreiche Premiere in Cochstedt
Am Nationalen Erprobungszentrum für unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt musste die Technik zeigen, was sie kann. Die Fachleute rüsteten das unbemannte Testflugzeug PROTEUS nacheinander mit zwei verschiedenen Flügelsätzen aus:
- einem herkömmlichen Referenzflügel
- dem Morphing-Flügel aus Faserverbundmaterial
Die ersten Tests verliefen erfolgreich. Ziel war zunächst der Nachweis der Flugfähigkeit und der Systemintegration. Auch wenn PROTEUS ein unbemanntes System ist, sind die Daten für die Auslegung künftiger Kleinflugzeuge relevant. Mit Fluggeschwindigkeiten von bis zu 300 km/h und einer Flächenbelastung von rund 70 kg/m² bewegen sich die Parameter bereits in einem realistischen Anwendungsbereich.
Ausblick: Skalierung und nächste Tests
Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen. Für 2026 plant das DLR weitere Versuchsflüge. Dann soll PROTEUS mit einer Gesamtmasse von rund 70 kg abheben, um die Skalierbarkeit des Konzepts auf größere Systeme zu untersuchen. Die Ergebnisse fließen in das Folgeprojekt „UAdapt“ (Unmanned Aircraft Wing Adaption) ein. Ziel ist es, adaptive Tragflächen für künftige Luftfahrzeuge serienreif zu machen – mit geringerem Luftwiderstand, besserer Steuerbarkeit und erhöhter Ausfallsicherheit.
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