Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn die Strömung tanzt

17.01.2012
Ein Wellenteppich aus hauchdünnem Kunststoff auf Flugzeugflügeln kann zur Energieeinsparung beitragen

In der Natur passt sich die Oberflächenstruktur den externen Rahmenbedingungen und Anforderungen an, um unter anderem den Strömungswiderstand zu reduzieren. Dieser Ansatz, nämlich mit Hilfe von flexiblen Oberflächen die Strömung über die Außenhaut zum Beispiel eines Flugzeugflügels aktiv zu beeinflussen, steht im Mittelpunkt eines neuen DFG-Forschungsvorhabens, das am Aerodynamischen Institut der RWTH initiiert worden ist.


Ein beweglicher Wellenteppich senkrecht zur Strömung auf dem Flugzeugflügel kann Energieeinsparungen bis zu 9 Prozent ergeben. Die Aachener und Jülicher Ingenieure eröffnen damit eine neue Dimension der Ober-flächenbehandlung. Im Bild die Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Aero-dynamischen Institut der RWTH Aachen Dipl.-Ing. Dorothee Plege, wie sie - in der linken Hand den Aktuator - mit der anderen Hand gerade eine Hitz-drahtsonde zur Vermessung der Strömungsgeschwindigkeit in die Platte einbaut. Auf der schwarzen Oberfläche ist die Wellenbewegung zu erkennen. Auf dem Bildschirm sieht man den Aktuatoraufbau, der die Platte anregt. Foto: Peter Winandy

Erste Versuche im Windkanal haben gezeigt, dass die Oberflächenbewegung den Reibungswiderstand reduziert – „bis zu neun Prozent“, gibt Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schröder zu bedenken. Eine Verringerung von nur einem Prozent würde eine Einsparung von rund 400.000 Liter Kerosin im Jahr pro Flugzeug bedeuten.

Dies kann durch eine Wellenbewegung auf der Oberfläche senkrecht zur Strömung erreicht werden. Während also die Luft über den Flugzeugflügel strömt, erzeugen die Ingenieure im rechten Winkel dazu Transversalwellen. Es reicht dazu eine Wellenlänge von wenigen Millimetern. Die Amplitude der Welle – also die Entfernung von Tal- zu Scheitelpunkt – beträgt nur wenige Hundertstel Millimeter. „So etwas können wir mit einer hauchdünnen Beschichtung zum Beispiel aus Faserverbundkunststoff erreichen“, ist Professor Schröder überzeugt. Allerdings muss die Wellenbewegung künstlich angestoßen werden. Dazu sehen die Aachener und Jülicher Ingenieure sogenannte Aktoren vor, die durch elektrische Impulse in Bewegung gesetzt werden und die feine Oberfläche in die gewünschte Schwingung versetzen.

Erste Versuche mit Alufolie zeigen eindeutig, dass geringere Reibungskräfte auftreten. Die über den Flügel strömende Luft verteilt sich nicht mehr gleichförmig über die gesamte Oberfläche, sondern wird förmlich in regelmäßige Strömungsgebirge kanalisiert. Auf den schematischen Grafiken der Aerodynamiker sieht dies aus wie ein Wellblechmuster, das sich quer zur Strömung auf der Oberfläche bewegt. „Die Strömung tanzt“, beschreibt Professor Schröder diesen Effekt, der den Widerstand zu reduzieren hilft.

Außerdem eröffnet diese Mikro-Oszillation weitere Optionen. Professor Schröder: „Wir erhalten durch diese Technik die Möglichkeit, die Strömung nicht nur generell über die ganze Fläche zu beeinflussen, sondern auch lokale Veränderungen vorzunehmen.“ Dies ist zum Beispiel an der Stelle der höchsten Verdichtung in einer schallnahen Strömung in der Mitte des Flügelprofils interessant, wo die Strömung ablösen kann, wodurch der Gesamtwiderstand erhöht wird. Wird die Reibung an dieser Stelle durch diese Einleitung variierender Wellenbewegungen erhöht, kann die Strömungsablösung verhindert werden, sodass auch durch diese lokale Regelung der Widerstand nochmals erheblich reduziert wird.

Bis es allerdings so weit ist, dass ein solcher Flugzeugflügel in der Luftfahrt eingesetzt werden kann, bedarf es noch intensiver Forschung. „Das ist eine Vision für die Jahre 2025 bis 2035“, meint Professor Schröder. Dem sieben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler umfassenden RWTH-Team geht es in dem vorerst mit 2,5 Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt nicht darum, diesen Flügel in Aachen zu konstruieren. „Das können wir nicht. Wir möchten anhand von Grunduntersuchungen das technische Potential darstellen, das mit dieser flexiblen Oberflächenbewegung verbunden ist“, so Professor Schröder. „Die umfassenden Auswirkungen dieser Mikro-Oszillation sind dabei noch Gegenstand eingehender experimenteller und numerischer Analysen.“

Toni Wimmer

Weitere Infomationen erhalten Sie bei
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schöder,
Aerodynamisches Institut der RWTH Aachen,
Wüllnerstraße 5a
52062 Aachen
Telefon: 0241/80-95410
Mail: office@aia.rwth-aachen.de

Thomas von Salzen | idw
Weitere Informationen:
http://www.rwth-aachen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Digitale Messtaster von WayCon – höchst präzise und vielseitig einsetzbar
14.11.2017 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

nachricht FAU-Forscher entwickeln neues Materialsystem für effiziente und langlebige Solarzellen
10.11.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte