Vogelfedern sollen Flugzeuge effizienter machen
System auch für Unterwasser-Fahrzeuge geeignet
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Die Federn reduzieren die Luftwirbel hinter dem Zylinder (Foto: A. Bottaro) |
Genua (pte004/16.04.2009/06:15) Wenn man die starren Flügel eines Flugzeugs mit künstlichen Borsten versieht, die Vogelfedern ähnlich sind, könnte man die Effizienz deutlich steigern, kommen italienische Wissenschaftler zum Schluss. Bei einem Versuch mit einem Zylinder ist es dem Team um Alessandro Bottaro von der Universität Genua http://www.dicat.unige.it gelungen, zu zeigen, wie die Federn den Luftwiderstand deutlich verringerten. Ähnliche Auswirkungen würden die federähnlichen Strukturen übrigens auch bei Unterwasserfahrzeugen zeigen, berichtet das Wissenschaftsmagazin Journal of Fluid Mechanics.
Vögel verwenden lange, steife Federn, um vom Boden abzuheben, zu beschleunigen und sich in der Luft zu halten. Was Bottaro aber weit mehr interessiert, sind die kleinen Federn - so genannte Deckfedern - und ihre Rolle bei der Effizienz der Aerodynamik. Obwohl diese Federn scheinbar keine Bedeutung haben, konnte der Forscher feststellen, dass beim Gleiten durch die Luft einige dieser Federn in speziellen Winkeln vom Flügel abstehen und den Luftstrom in Schwingung versetzen. Um den Effekt zu untersuchen, hat das Forscherteam auf einen Zylinder mit 20 Zentimeter Durchmesser synthetische Deckfedern angebracht und im virtuellen Windkanal getestet.
Die synthetischen Federn wurden als starre Keratin-Borsten mit einer Länge zwischen vier und sechs Zentimetern und einem Querschnitt von 0,5 Millimeter mit einer Dichte von drei Federn pro Quadratzentimeter am Zylinder aufgebracht. Der Zylinder wurde mit seiner Längsachse rechtwinkelig zum Luftstrom ausgerichtet. So waren die Federn parallel zum Wind platziert. Bei Zunahme des Windes begannen die Federn ähnlich wie echte Deckfedern zu vibrieren. Der Luftwiderstand verringerte sich um 15 Prozent. Offensichtlich dämpfen die Federn den Effekt des Luftwiderstands. Normalerweise gleitet die Luft schnell über den Zylinder und erzeugt dahinter eine Region mit Niederdruck. Das führt zur Verwirbelung der Luft dahinter. Mit den angebrachten Federn verringerte sich die Bildung solcher Verwirbelungen dahinter deutlich. "Das ist ähnlich wie bei einem neuen Tennisball, der schneller durch die Luft fliegt als ein alter, abgenutzter Tennisball", meint Bottaro.
Nach Bottaros Ansicht könnte man Flugzeuge mit solchen künstlichen Federn versehen und damit ihre Effizienz deutlich steigern. Das einzige Problem wäre die Frage der Reinigung dieser Federn. Dazu müsste man ein Selbstreinigungssystem entwickeln, da sonst die Effektivität erneut eingebüßt wird. Für den holländischen Forscher David Lentink von der Universität Wageningen haben die Entdeckungen von Bottaro mehr Relevanz in der Mechanik von Flüssigkeiten. Lentink ist Teamleiter dss so genannten RoboSwift http://www.roboswift.nl - einem ferngesteuerten Flugzeug dessen Flügel sich verformen können, um so eine bessere Aerodynamik zu erzielen. (pressetext berichtete http://pressetext.de/news/080305002/ ).
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