Haie gibt es auf der Erde bereits länger als Dinosaurier. Die Evolution hatte daher genug Zeit, die Räuber der Meere zu perfektionieren – vor allem auch in Bezug auf ihre Aerodynamik. Es sollte also nicht überraschen, dass die Menschheit von Haien – wie etwa auch von Walen – einiges darüber lernen kann, wie man sich effizient durchs Wasser und auch durch die Luft bewegt. Ein Team von Biologen und Ingenieure der Harvard University sowie der University of South Carolina haben sich die Schuppen von Haien etwas genauer angesehen. Sie hoffen, so Dronen, Flugzeuge und Windturbinen effizienter gestalten zu können.


Bild: James Weaver/Havard University

Haischuppen als Vorbild für Tragflächen

Der Körper von Haien ist mit Tausenden von Schuppen bedeckt, die sich je nach Körperteil in Form und Größe unterscheiden. Die Fische nutzen ihre Körperform, um den Auftrieb beim Schwimmen zu erhöhen sowie ihren Wasserwiderstand zu senken. Ähnliche Prinzipien werden bei der Flugzeugentwicklung in Bezug auf den Luftwiderstand angewendet, was Haie zu perfekten Forschungsobjekten für die Luftfahrt macht, unter anderem für die Entwicklung von Tragflächen. Forschungsarbeiten rund um die Schuppen von Haien konzentrieren sich vorrangig darauf, wie diese den Widerstand beeinflussen. Das Team der University of South Carolina und der Harvard University konzentrierte sich bei ihren Untersuchungen stattdessen auf den Auftrieb.

Dabei untersuchten sie speziell die Schuppen von Makohaien, die von allen Haiarten die höchste Geschwindigkeit unter Wasser erreichen können. Mit einer Mikro-CT-Technik scannten sie die Form der Schuppen, die auf ihrer Oberfläche drei erhöhte Kämme haben. Auf Basis der gewonnen Daten druckten die Forscher Modelle der Schuppen mit einem 3D-Drucker, aus denen sie Modell-Tragflächen formten. Diese Modelle testete das Team anschließend in einem Strömungstank. Insgesamt testeten die Forscher 20 verschiedene Modell-Tragflächen, die sich in Form und Arrangement der Schuppen unterschieden. Sie fanden heraus, dass die Schuppen in bestimmten Anordnungen als hocheffiziente Vortexgeneratoren fungierten und so den Auftrieb erhöhten.


Bild: Harvard University

Grundlage für effizientere Luftfahrzeuge

“These shark-inspired vortex generators achieve lift-to-drag ratio improvements of up to 323 percent compared to an airfoil without vortex generators. With these proof of concept designs, we’ve demonstrated that these bioinspired vortex generators have the potential to outperform traditional designs“, so August Domel, einer der Autoren der Studie.

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Zuletzt aktualisiert am 18.08.2018

Die Resultate der Versuche können angewendet werden, um die Designs von Luftfahrzeugen zu verbessern und aerodynamischer zu gestalten. Neben höheren Reisegeschwindigkeiten wären entsprechend entworfene Flugzeuge auch treibstoffeffizienter unterwegs. Bis es soweit ist, muss auf Basis der Grundlagenforschung der Wissenschaftler allerdings noch viel Forschungsarbeit geleistet werden.

via Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

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