Aktuelle Projekte
LOTUS PTO
Projekttitel:
LOTUS PTO – Laser-Structured Bio-Inspired Surfaces for Enhanced Survivability and Efficiency of Marine Power Take-Off Systems
Programm:
Clean Energy Transition Partnership (CETP) 2024 – TRI2 Advanced Renewable Energy Technologies for Power Production (Ocean Energy)
Partner:
International transnational consortium (Austria and partner countries within CETP framework)
Kurzinformationen:
LOTUS PTO entwickelt und validiert bioinspirierte, lasergestrukturierte Oberflächentechnologien zur Steigerung der Effizienz, Langlebigkeit und Überlebensfähigkeit kritischer Komponenten in Wellen- und Gezeitenenergiekonvertern, wobei der Schwerpunkt insbesondere auf Power-Take-Off-Systemen (PTO) liegt.
Inspiriert von hierarchischen natürlichen Oberflächenstrukturen entwirft und fertigt das Projekt mikro- und nanostrukturierte Texturen, die gleichzeitig Biofouling reduzieren, die tribologischen Eigenschaften verbessern und Reibungsverluste in rauen Meeresumgebungen minimieren. Durch die Kombination von fortschrittlicher Laserstrukturierung, hochpräzisen Simulationen, KI-gestützter Mikroskopie und experimenteller Validierung treibt LOTUS PTO die Technologie von TRL3 (Proof of Concept) auf TRL5 (Validierung in relevanten Meeresumgebungen) voran.
Meeresbasierte Systeme zur Erzeugung erneuerbarer Energie stehen aufgrund von Biofouling, Korrosion, Verschleiß und schwankenden hydrodynamischen Belastungen vor erheblichen betrieblichen Herausforderungen. LOTUS PTO begegnet diesen Einschränkungen durch optimierte Oberflächenarchitekturen, die die Zuverlässigkeit erhöhen und gleichzeitig die Wartungshäufigkeit sowie die Betriebskosten senken. Die Methodik vereint interdisziplinäres Fachwissen aus den Bereichen Strömungsdynamik, Oberflächentechnik, Materialwissenschaft und Meeresversuche, um eine robuste Skalierung auf reale Bedingungen zu gewährleisten.
Das Projekt leistet einen direkten Beitrag zur Energiewende hin zu sauberen Energien, indem es die Effizienz und Lebensdauer von Gezeiten- und Wellenenergiesystemen steigert. Durch ein verbessertes Antifouling-Verhalten und eine geringere Reibung trägt LOTUS PTO zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit, niedrigeren Lebenszykluskosten und einer verbesserten Leistung von Technologien zur Gewinnung erneuerbarer Meeresenergie bei.
Durch die Verbindung von naturinspiriertem Design, präziser Laserbearbeitung und datengestützter Optimierung schafft LOTUS PTO eine skalierbare Plattform für die Oberflächenentwicklung für Meeresenergieanwendungen der nächsten Generation.
ACE-WIND
Projekttitel:
ACE WIND – Aerodynamic and Computational Enhancement for Wind Energy Innovation and Drag Reduction
Programm:
FFG Basisprogramm – Internationale Kooperation (EUREKA Globalstars Austria–Japan)
Partner:
Bionic Surface Technologies GmbH (Austria) | LEBO Co., Ltd. (Japan) | NIKON Corporation (associated partner)
Kurzinformation:
ACE WIND entwickelt ein Prognose- und Optimierungstool der nächsten Generation, um das volle aerodynamische Potenzial bioinspirierter Riblet-Oberflächen an Windkraftanlagenflügeln unter realen dynamischen Betriebsbedingungen auszuschöpfen. Während die derzeitige Konstruktion von Windkraftanlagen und die Anordnung der Riblets auf Annahmen zur stationären Strömung und auf 10-Minuten-Durchschnittswerten aus dem SCADA-System basieren, arbeiten reale Windkraftanlagen in hochdynamischen, turbulenten Umgebungen, die durch schnelle Windschwankungen und dynamisches Strömungsabrissverhalten gekennzeichnet sind.
Das Projekt untersucht die Wechselwirkung zwischen Riblet-Mikrostrukturen, der Rauheit der Vorderkante und dynamischen Strömungseffekten, um deren Auswirkungen auf den Energieertrag präzise zu quantifizieren. Durch die Kombination von hochpräzisen CFD-Simulationen, Windkanaltests unter dynamischen Strömungsabrissbedingungen, Felddaten von in Betrieb befindlichen Windkraftanlagen und Modellen reduzierter Ordnung wird ACE WIND ein validiertes Prognosetool entwickeln, das in der Lage ist, statische und dynamische Riblet-Effekte über den gesamten Lebenszyklus der Windkraftanlage vorherzusagen.
Aktuelle Prognosen auf Basis von Riblets garantieren in der Regel eine zusätzliche Leistungssteigerung von 1–2 %, da dabei von statischen Strömungsverhältnissen ausgegangen wird. ACE WIND zielt darauf ab, den zuverlässigen und garantierten Leistungsgewinn auf 3–7 % zu steigern, indem dynamisches Strömungsabrissverhalten, Oberflächenalterung und Rauheit der Vorderkante in den Simulationsprozess einbezogen werden. Das daraus resultierende ACE-WIND-Tool wird es Windparkbetreibern ermöglichen, standortspezifische Verbesserungen des Energieertrags zu berechnen, Riblet-Anordnungen zu optimieren und solide Geschäftsmodelle zu entwickeln – und das bei deutlich reduzierten Simulationskosten.
Durch die Bereitstellung präziser, lebenszyklusorientierter Leistungsprognosen schafft ACE WIND die Grundlage für einen skalierbaren Einsatz von Riblets auf dem globalen Windenergiemarkt. Das Projekt stärkt die österreichisch-japanische technologische Zusammenarbeit und unterstützt den Übergang zu hocheffizienten Systemen für erneuerbare Energien durch digital optimierte, bioinspirierte Oberflächentechnik.
BellyRibs
Projekttitel:
BellyRibs – Drag Reduction and Mission Endurance Enhancement of Military Transport Aircraft through Laser-Processed Riblet Protection Tapes
Programm:
KIRAS 2024-2 – Innovation AKUT (Protection of Critical Infrastructure)
Partner:
Bionic Surface Technologies GmbH | Austrian Armed Forces (Österreichisches Bundesheer)
Kurzinformation:
BellyRibs untersucht den Transfer der biomimetischen Riblet-Oberflächentechnologie auf militärische Transportflugzeuge, um die Einsatzdauer und Effizienz bei Missionen zum Schutz kritischer Infrastrukturen zu verbessern. Das Projekt kombiniert numerische Strömungsmechanik (CFD), präzise Laserbearbeitung und experimentelle Validierung, um Riblet-Mikrostrukturen in das zertifizierte 3M Belly Protection Tape zu integrieren, das bei C-130-Flugzeugen zum Einsatz kommt.
Riblets – mikroskopisch kleine, strömungsausgerichtete Oberflächenstrukturen, die von der Haifischhaut inspiriert sind – reduzieren unter Laborbedingungen bekanntermaßen die aerodynamische Reibung um bis zu 8 %. Im Rahmen von BellyRibs wird dieser Effekt in eine einsatzrelevante Konfiguration für C-130- und zukünftige C-390-Plattformen umgesetzt. Durch die Laserstrukturierung des vorhandenen Schutzbands vereint das Projekt mechanischen Rumpfschutz mit aerodynamischer Widerstandsreduzierung in einer einzigen, einsatztauglichen Lösung.
Der erwartete Nutzen auf Flugzeugebene besteht in einer Treibstoffeinsparung von etwa 0,7–1 %, was einer messbaren Steigerung der Reichweite und der Einsatzdauer um 1–2 % entspricht. Bei C-390-Plattformen in ISR-Konfiguration, die mit Litening-5-Pods ausgestattet sind, führt dies zu einer direkten Verlängerung der Überwachungsdauer und einer Verbesserung der operativen Ausfallsicherheit bei Missionen zum Schutz der Infrastruktur.
Das Projekt folgt einem schlanken, 12-monatigen Entwicklungszyklus, der Folgendes umfasst:
CFD-Optimierung der Riblet-Anordnungen für die C-130 und C-390
Laserstrukturierung von zertifiziertem Schutzband
Experimentelle Validierung am Rohrprüfstand von BST
Praktische Demonstration durch teilweise Anwendung am Modell
Durch die Validierung eines Oberflächen-Systems mit Doppelfunktion unter betriebsrelevanten Bedingungen stärkt BellyRibs Österreichs technologische Souveränität im Bereich strömungsoptimierter Oberflächen und trägt gleichzeitig zu erhöhter Widerstandsfähigkeit, geringerem Treibstoffverbrauch und verbesserter Krisenreaktionsfähigkeit bei.
Greenflow
Projekttitel:
GreenFlow – Energy Efficiency Enhancement of Hydropower Plants through Biomimetic Riblet Surface Technologies
Programm:
Energieforschung 2024 – Produktion der Zukunft, FFG
Partner:
Bionic Surface Technologies GmbH | Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) | Global Hydro Energy GmbH | Kelag | JOANNEUM RESEARCH MATERIALS
Kurzinformation:
GreenFlow entwickelt eine innovative Nachrüstlösung für bestehende Wasserkraftwerke durch die Integration biomimetischer Riblet-Mikrostrukturen mit abriebfesten und biofoulingreduzierenden Beschichtungssystemen. Inspiriert von der Haifischhaut reduzieren Riblet-Strukturen die Wandschubspannung und Reibungsverluste in wasserführenden Komponenten wie Zulaufkanälen, Druckrohren und Turbinenelementen.
Das Projekt kombiniert fortschrittliche numerische Strömungsmechanik (CFD), Technologien zur großflächigen Mikrostrukturierung (Roll-to-Roll- und Step-&-Repeat-Verfahren), plasma-basierte Oberflächenaktivierung und langlebige Schutzbeschichtungen, um eine messbare Reduzierung der hydraulischen Verluste zu erreichen. Zu den angestrebten Leistungsverbesserungen gehört eine Reibungsreduzierung von 8–12 %, was zu einer Steigerung des Gesamtwirkungsgrads um 2–5 % in bestehenden Wasserkraftanlagen führt.
Neben der hydrodynamischen Optimierung integriert GreenFlow biozidfreie, biomimetische Antifouling-Konzepte und hochabriebfeste Beschichtungen, um eine langfristige Leistungsstabilität unter sedimentbeladenen Strömungsbedingungen zu gewährleisten. Die entwickelten Technologien sind für eine schnelle Nachrüstung ohne größere bauliche Veränderungen ausgelegt und ermöglichen Amortisationszeiten von weniger als drei Jahren.
Durch die Steigerung der jährlichen Energieerzeugung bei gleichzeitiger Reduzierung des Wartungsaufwands und der CO₂-Emissionen trägt GreenFlow direkt zur klimaneutralen Energieerzeugung bei und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit einer nachhaltigen Wasserkraftinfrastruktur.
Bilasurf
Vollständiger Projektname: Bio-Inspired Laser Functionalisation of complex 3D Industrial Surfaces
Programm: Horizon Europe
Partner: Aimen | Fraunhofer IWU | Fusion Bionic GmbH | Supergrid Institute | Global Hydro Energy GmbH | Ziehl-Abegg SE | Altechna R&D | Southern European Cluster in Photonics & Optics Association
Webpage: https://www.bilasurf.com
Kurzinformation: Das Projektziel von BILASURF ist es, einen Prozess zur Laser-Funktionalisierung von komplexen 3D-Oberflächen zu entwickeln mittels bio-inspirierter Mikrostrukturen zur Reibungsvermeidung und um die Umweltfreundlichkeit von Produkten zu verbessern. Diese Lösung bietet einen neuen effizienteren und umweltfreundlicheren Produktionsprozess für die europäische Industrie.
Abgeschlossene Projekte
Veröffentlichungen
Leitl, P., Flanschger, A., Rodriguez, A., Andergassen, A. (2024)
"Numerical investigation of the impact of different Riblet angles and their effect on drag reduction"
Conference: AIAA Aviation Forum And Ascend 2024
https://doi.org/10.2514/6.2024-3510
Leitl, P., Garcia de Albéniz, M., Flanschger, A., Robinson, G., Bogue, D. (2024)
"Numerical and experimental investigation of different Riblet layouts and their effect on the engine of a Stratos 716 X Business Jet"
Conference: AIAA Aviation Forum And Ascend 2024
https://doi.org/10.2514/6.2024-3509
Leitl, P., Flanschger, A., Reschenhofer, B., Gruber, R., Kurzthaler, M., Fleder, S., Lenartz, M., Neff, F., Hertz, C. (2024)
"Design and testing of Riblet film on a high-performance axial fan stage"
Conference: AIAA SciTech 2024 Forum
https://doi.org/10.2514/6.2024-1111
Garcia de Albéniz, M., Leitl, P., Flanschger, A. (2023)
"Numerical and experimental investigation of Riblet-Coating impact on centrifugal compressor stage performance"
Conference: ASME Turbo Expo 2023
https://doi.org/10.1115/GT2023-103040
Bilinsky, H.C., Quinn, M., McGrath, D., Whitelock, J., Poudyal, S., Bell, D., Leitl, P., Benauer, R., Feichtinger, Ch. (2023)
"Materials and Performance Testing of DCM Drag-Reducing Riblets for Aviation"
Conference: AIAA SCITECH 2023 Forum
http://dx.doi.org/10.2514/6.2023-1762
Flanschger, A., Heinzelmann, R., Messner, M. (2023)
„Between consultation and control: how incubators perform a governance function for entrepreneurial firms”
Accounting, Auditing & Accountability Journal. Vol. 36, 9, 86 – 107
https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/AAAJ-09-2020-4950/full/html
Kohl, D., Tsuchihashi,H., Gruber, R., Pichler, K., Goto, Y., Garcia de Albeniz, M., Naito, K., Flanschger, A., Ichinose, G. (2023)
"Numerical and experimental investigation of Riblet application on a helicopter rotor blade"
Conference: AIAA SCITECH 2023 Forum
https://doi.org/10.2514/6.2023-1765
Leitl, P., Feichtinger, Ch., Schatzdorfer, G., Flanschger, A. (2023)
"Numerical study of riblet defects and their impact on performance"
https://doi.org/2514/6.2023-1764
Leitl, P., Garcia de Albéniz, M., Smoker, J., Flanschger, A. (2023)
"Numerical and experimental investigation of different Riblet layouts on a Stratos 716 X business jet"
Conference: AIAA SCITECH 2023 Forum
https://doi.org/10.2514/6.2023-1952
