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BIONIK-INNOVATIONS-CENTRUM B-I-C – Abgeschlossene Forschungsprojekte

Aerodynamik des Schlagflugs

Kurzdarstellung des Projektes

Von je her beeindrucken die Leichtigkeit und Geschicklichkeit mit der sich Vögel durch die Luft bewegen. Vögel erscheinen hierzu bis ins kleinste Detail optimiert: Unterschiedliche Profilierungen an Arm- und Handschwingen sorgen beispielsweise dafür, dass instationäre aerodynamische Effekte genutzt und kontrolliert werden können. Modellversuche zeigen, dass sich beim Abschlag des Flügels sofort ein Vorderkantenwirbel ausbildet. Der Wirbel hat großen Anteil an den entstehenden Luftkräften (Auftrieb und Vortrieb). Dieses Phänomen wurde beim Insektenflug bereits ausführlich untersucht. Der Schlagflug der Vögel findet jedoch bei weitaus größeren Reynoldszahlen statt. Ob die für den Insektenflug beschriebenen Mechanismen auch hier greifen ist noch unklar. Das Forschungsprojekt soll das Verständnis vom Schlagflug der Vögel im Allgemeinen und speziell während kritischer Manöver wie Start und Landung erweitern.

Ziel des Projektes ist die Charakterisierung der instationären Strömung um mehrere, vogelflügelähnliche Modelle. Die Fluidbewegung wird mittels Particle Image Velocimetry (PIV) direkt um den schlagenden Flügel erfasst.

Vorstudien haben bereits die Komplexität und die Dominanz dreidimensionaler Komponenten der Umströmung gezeigt (Bild 1), daher ist eine dreidimensionale Analyse unumgänglich. Durch die Kombination von vielen gestapelten, zweidimensionalen Lichtschnitten aus zwei rechtwinklig zueinander stehenden Ebenen, kann ein dreidimensionales Abbild der instationären Strömung aufgenommen werden. Gegenstand der Messungen sind verschiedene Flügelmodelle und die Kinematik. Diese Studie soll den Effekt verschiedener, für den Vogelflug relevanter Designparameter (Flügelform, Profilwölbung, Flügelverwindung, Profildicke) charakterisieren. Mithilfe der dreidimensionalen Strömungsmessungen können Auftrieb und Vortrieb der Modelle verglichen werden. Mechanismen, die für die Stabilisierung der instationären Effekte verantwortlich sind, werden aufgezeigt.


Bild 1: Grapische Rekonstruktion des Nachlaufes eines Vogels im Schlagflug nach Modellmessungen. (Quelle: William Thielicke)

Projektziele

Das Projekt soll einen Beitrag für präzisere Hypothesen zu den Mechanismen des Schlagflugs der Vögel leisten.
Einsatzmöglichkeiten der Ergebnisse in technische Bereiche scheinen vielfältig. Insbesondere die Kontrolle von instationären Effekten und deren Nutzung ist für eine technische Umsetzung bei unbemannten Flugobjekten (z.B. Micro Air Vehicles, MAVs) sehr vielversprechend.

Projektleitung und Projektmitarbeiter
Prof. Dr. Eize Stamhuis (Leitung), William Thielicke, Prof. Dr. Antonia B. Kesel

Kooperationspartner
    - Department of Ocean Ecosystems, University of Groningen, NL

Veröffentlichungen

  • Thielicke W., Stamhuis E.J. (2009): Scalability of unsteady aerodynamics in flapping flight for MAV applications. In: "Bionik: Patente aus der Natur" (eds. Kesel A.B., Zehren D.), Bionik-Innovations-Centrum, Bremen, p. 349-353.

Informationen zu ...

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