[City, University of London] – Flossen auf Eulenfedern: Eine Zusammenarbeit zwischen City-Forschern und der RWTH Aachen zeigt, wie diese Mikrostrukturen den lautlosen Flug ermöglichen.
Eine kürzlich von Professor Christoph Bruecker (City, University of London) und seinem Team durchgeführte Forschungsstudie hat gezeigt, wie mikrostrukturierte Flossen auf Eulenfedern einen geräuscharmen Flug ermöglichen und in Zukunft den Weg zur Reduzierung des Fluglärms weisen können. Professor Bruecker leitet den Forschungslehrstuhl für naturinspirierte Sensorik und Strömungskontrolle für nachhaltigen Verkehr an der Royal Academy of Engineering an der City, University of London und den „Sir Richard Olver BAE Systems“-Lehrstuhl für Luftfahrttechnik.
Biomimetisches Tragflächenprofil
Sein Team hat seine Entdeckungen in der Zeitschrift des Institute of Physics, Bioinspiration and Biomimetics unter dem Titel „Flow turning effect and laminar control by the 3D curvature of leading edge serrations from owl wing“ veröffentlicht.
Die Forschung umreißt die Umsetzung der detaillierten 3D-Geometriedaten typischer Beispiele von Eulenfedern, die von Professor Hermann Wagner an der RWTH Aachen (Deutschland) zur Verfügung gestellt wurden, in einen biomimetischen Tragflügel, um die aerodynamische Wirkung auf die speziellen Filamente an der Vorderkante der Federn zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Strukturen als Anordnungen von Flossen funktionieren, die die Strömungsrichtung in der Nähe der aerodynamischen Wand kohärent drehen und die Strömung länger und mit größerer Stabilität halten, wodurch Turbulenzen vermieden werden.
Das City-Forschungsteam ließ sich von der komplexen 3D-Geometrie der Ausläufer entlang der Vorderseite der Eulenfedern inspirieren, die Professor Wagner und sein Team in früheren Studien mithilfe hochauflösender Mikro-CT-Scans rekonstruiert hatten. Nach der Übertragung in ein digitales Formmodell zeigten die Strömungssimulationen um diese Strukturen (unter Verwendung der numerischen Strömungsmechanik) deutlich die aerodynamische Funktion dieser Erweiterungen als Finlets, die die Strömungsrichtung auf kohärente Weise drehen.
Bild: Bob Brewer | Unsplash
Es ist bekannt, dass dieser Effekt die Strömung über einem gepfeilten Flügel stabilisiert, typisch für Eulen beim Flügelschlag und im Segelflug.
Anhand von Strömungsstudien in einem Wassertunnel bewies Professor Bruecker die Strömungsumkehrhypothese auch in Experimenten mit einem vergrößerten Finlet-Modell.
Sein Team war überrascht, dass die Finlets aufgrund ihrer speziellen 3D-Krümmung nicht Wirbel erzeugen, sondern als dünne Leitschaufeln fungieren. Die regelmäßige Anordnung solcher Finlets über die Flügelspannweite ändert daher die Strömungsrichtung in Wandnähe auf glatte und kohärente Weise.
Das Team plant, eine technische Realisierung eines solchen gepfeilten Flügelprofilmusters in einem schaltoten Windkanal für weitere akustische Tests zu nutzen. Das Ergebnis dieser Forschung wird sich als wichtig für zukünftige laminare Flügelkonstruktionen erweisen und hat das Potenzial, den Fluglärm zu reduzieren.
