Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Flügelschlag gegen Sturmböen

18.07.2016

Strömungsforscher gehen den Geheimnissen des Hummelfluges auf den Grund

Der Sommer ist da und bringt auch für die Bienen ein großes Nahrungsangebot. Sie setzen zu akrobatischen Flugkunststückchen an, fliegen wendig vorwärts, rückwärts, seitwärts, auf und ab, ändern ständig Richtung und Geschwindigkeit – und trotzen auch stärkeren Windturbulenzen.



Die digitale Hummel durchquert unterschiedliche Turbulenzen (türkis). An der Oberfläche ihrer Flügel entstehen Mini-Tornados (rosa), die eine Sogwirkung nach oben entfalten Lupe

© TU Berlin/FG Numerische Fluiddynamik

Der Anblick erfreut nicht nur Naturliebhaber, auch Ingenieure und Biologen widmen den Geheimnissen des Insektenflugs derzeit erhebliche Aufmerksamkeit. Das wachsende Interesse wird gespeist vom Trend zu immer stärkerer Miniaturisierung unbemannter Flugobjekte.

Wie gelingt diesen kleinen Lebewesen der tausendfache, kontrollierte Flügelschlag? Welche Turbulenzen erzeugen sie mit diesem Flügelschlag selbst, um die entstehenden Luftbewegungen zur Steuerung und Energieeinsparung auszunutzen und sie mit den vorhandenen Windbewegungen zu koordinieren?

Deutsche, französische und japanische Forscher haben nun in der bislang aufwendigsten Computersimulation über die kleinen Flugkünstler weitere Antworten gefunden. Beteiligt ist das TU-Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik.

„Es hat sich gezeigt, dass Hummeln und andere Insekten auch in stark turbulenten Strömungen die gleichen mittleren Kräfte produzieren wie in ungestörter Luft, anders als Flugzeuge, wo Turbulenz die Kräfte signifikant ändern kann“, erklärt Dr. Thomas Engels, Projektleiter am Fachgebiet Numerische Fluiddynamik, das von Prof. Dr. Jörn Sesterhenn geleitet wird. „Unsere Arbeit hat gezeigt, dass das Wirbelsystem, mit dem Insekten ihren Auf- und Vortrieb erzeugen, auch in starker Turbulenz stabil bleibt.“

Detaillierte Computersimulation zeigt Reaktion auf Turbulenzen

Alle kleinen Flugkörper, auch die menschengemachten, stehen vor der Herausforderung, draußen in einer instabilen Umgebung zu fliegen. Wissenschaftler suchen daher nach einer bio-inspirierten Alternative zum klassischen Flugzeug mit fixierten Flügeln und Rotoren. Der Nachbau von flatterfähigen Insektenflügeln wäre eine solche Alternative.

So versprechen sich die Wissenschaftler viel von den Erkenntnissen aus der Computersimulation, denn: „Es ist von großer Bedeutung, zu wissen, wo die Schwierigkeiten beim Fliegen in Turbulenz liegen und wie Insekten dieser Herausforderung begegnen“, so Thomas Engels. „Vor allem wollen wir anhand des Hummelfluges das Rätsel lösen, welche Turbulenzen Instabilitäten beim Flug auslösen und wie man sie kontrollieren kann. Hochgenaue numerische Simulationen stellen hierfür ein ideales Werkzeug dar. Sie ermöglichen einen sehr detaillierten Einblick unter genau kontrollierten Bedingungen.“

Die detaillierte Computersimulation hat schon jetzt erwiesen, dass Turbulenzen, also überraschend auftretende Verwirbelungen, eine andere Auswirkung auf flatternde Insekten haben als auf fest eingebaute und von Menschen designte Flugzeugflügel. Letztere sind aerodynamisch profiliert, sodass die Luft auf der Oberseite schneller strömt als auf der Unterseite. Die Flügel von Insekten hingegen sind flach und haben kein nennenswertes Profil.

Auf den schlagenden Flügeln bilden sich kleine Wirbel, sozusagen Mini-Tornados, die sich mit dem Flügel mitbewegen und den Druck auf seiner Oberseite senken, was den Auftrieb erhöht. Bei aerodynamischen Profilen, insbesondere bei kleinen Fliegern, rufen schon kleine turbulente Störungen signifikante Änderungen in den Auf- und Vortriebskräften hervor. Die Frage war nun, ob der Wirbel, den Insekten zum Fliegen benutzen, ebenso empfindlich reagieren kann.

„Unsere Simulationen zeigen, dass dies nicht der Fall ist“, so Thomas Engels. Diese Robustheit könne somit als ein weiterer Vorteil des Schlagfluges gesehen werden und gebe der Entwicklung insekteninspirierter bionischer Flugroboter weiteren Auftrieb. Gefördert wird das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Agence Nationale de la Recherche.

Thomas Engels hat sich bereits in seiner Dissertation mit den Fortbewegungsarten sowohl von Fischen im Wasser als auch von fliegenden Insekten befasst. Diese Tiere haben unterschiedlichste Methoden entwickelt, um Flüssigkeiten und Luft durch Bewegungen ihrer Extremitäten, ihrer Flossen und Flügel, sogar des ganzen Körpers so zu beeinflussen, dass die Umgebung ihre Fortbewegung unterstützt.

Zusammen mit Jörn Sesterhenn und drei weiteren Autoren veröffentlichte Thomas Engels die ersten Ergebnisse der Forschung in dem Artikel „Bumblebee Flights in Heavy Turbulence“ im „Physical Review Letter“ 116 (2016), 028103.

Fotomaterial zum Download: www.tu-berlin.de/?id=174973

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Thomas Engels, Ph. D.
TU Berlin
Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik
Fachgebiet Numerische Fluiddynamik
Tel.: 030/314-22849
E-Mail: engels@tnt.tu-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.tu-berlin.de/?id=174973

Stefanie Terp | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Live-Verfolgung in der Zelle: Biologische Fussfessel für Proteine
19.06.2018 | Universität Basel

nachricht Tag it EASI - neue Methode zur genauen Proteinbestimmung
19.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics