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Auf der Suche nach neuen Flügelkonstruktionen

Modell Vogelflügel

Inzwischen gehören Windkanaltests längst zum Alltag der Flugzeugentwickler und neue Konstruktionen werden am Computer statt am Reißbrett entworfen. Aber trotz modernster Technik sind auch die heutigen Tragflächen Kompromisse, die mit der Effektivität und Vielseitigkeit der Vogelflügel bei weitem nicht mithalten können.

Bionische Flugzeugflügel © DLR

Während Vögel ihre Flügelform den jeweiligen Anforderungen – schnellen Flugmanövern, energiesparendem Gleitflug oder Starts und Landungen – flexibel anpassen können, sind die starren konventionellen Flugzeugtragflächen nur in einem einzigen Flugzustand optimal. Die aufstellbaren Klappen am Vorder- und Hinterrand der Tragflächen erlauben zwar Korrekturen der Fluglage, erhöhen aber gleichzeitig den Luftwiderstand und damit auch den Energieverbrauch.

Ein Gemeinschaftsprojekt der Dasa und des DLR sucht daher nach neuen Methoden. Bis zum Jahr 2008 wollen die Forscher einen adaptiven Flügel entwickeln, dessen Profil sich während des Fluges an die ständig wechselnden Strömungsverhältnisse anpassen soll. Ein über den Flügel verteiltes Netz von Sensoren ermittelt dabei den aktuellen Strömungsverlauf und ein Computer errechnet aus diesem die optimalen Flügeleinstellungen und steuert die Wölbung des variablen Flügelhinterrandes.

Da die bisherigen Klappensysteme aerodynamisch unvorteilhaft und schwerfällig sind, sollen sogenannte „smart materials“ – intelligente Materialien – diese in Zukunft ablösen. Unter flexiblen Flügelhäuten sorgen dabei bewegliche „Finger“ für eine elastische Wölbung der Flügelhinterkante. Ein Modell eines solchen Flügels kann bereits seine adaptive Hinterkante wie die Handschwingen eines Vogels stufenlos auf- und abwölben.

Doch mit variablen Kanten allein ist es noch nicht getan, auch plötzliche Strömungsstöße und Störwellen soll der zukünftige Flügel „locker wegstecken“ können. Beim Flug eines Verkehrsflugzeugs erreicht die Luft oberhalb der Tragflügelfläche Überschallgeschwindigkeit, darunter strömt sie langsamer. Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten entsteht am Hinterende ein wandernder Verdichtuungsstoß, der auch zu erhöhten Vibrationen führen kann.

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Tests haben gezeigt, dass der Energieverlust durch solche Stöße verringert werden kann, wenn eine „Beule“ im Flügelprofil der Lage des Stoßes folgt. Zusätzlich könnten winzige Poren an der Flügeloberfläche haftende Luftschichten absaugen um die Strömung zu beruhigen und bewegliche Platten in der Flügelhaut Störwellen gegen Turbulenzen aussenden. Bis allerdings der erste Jet mit wirklich vogelähnlich funktionierenden Flügeln startet, müssen die Wissenschaftler des DLR und der DASA noch einige Herausforderungen meistern…

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Stand: 21.03.2002

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Bionik
Lernen von der Natur

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Die Natur als Ingenieur
Was ist Bionik?

Inspiration statt Imitation
Warum Ikarus scheitern musste

Das Rad neu erfunden
Analogien von Natur und Technik

Den Vögeln abgeschaut
Die ersten Flugversuche

Modell Vogelflügel
Auf der Suche nach neuen Flügelkonstruktionen

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