Bionik hilft bei der Gestaltung von Windkraftanlagen
Flossen von Buckelwalen inspirieren neue Rotorblätter mit besserer Leistungsausbeute.
Meeresbiologen hatten schon seit Längerem vermutet, dass die enorme Agilität der Buckelwale mit jenen Erhebungen zu tun hat, die die Natur ihnen an den vorderen Kanten ihrer Schwimmflossen spendiert hat. Wissenschaftler an der Harvard University haben nun ein mathematisches Modell entwickelt, das diese hydrodynamischen Vorteile genauer erklärt.
Die Studie auf dem wissenschaftlichen Feld der Bionik untermauert die bereits existierende Annahme, dass die Struktur der Walflosse effizienzsteigernd beim Bau von Flugzeugflügeln oder Rotorblättern eingesetzt werden kann, berichet das Technologiemagazin Technology Review in seiner Online-Ausgabe. "Wir waren überrascht, dass wir einen großen Teil der Ergebnisse aus Windtunneltests mit einer recht einfachen mathematischen Theorie nachvollziehen konnten", sagt Ernst van Nierop, Doktorand an der "School of Engineering and Applied Science" in Harvard. Er ist zusammen mit dem Mathematikprofessor Michael Brenner und dem Forscher Silas Alben Co-Autor der Untersuchung. Sie fanden unter anderem heraus, dass die Walflosse mit den Tuberkel genannten Erhebungen auch bei einem erhöhten Anstellwinkel keinen Strömungsabriss zeigt.
Es gibt bereits Versuche, das Tuberkel-Design in kommerzielle Produkte zu überführen – vom erwähnten neuartigen Flugzeugdesign über verbesserte Windmühlen bis hin zum agileren U-Boot. Frank Fish, Biologieprofessor an der West Chester University, experimentiert bereits seit 2004 mit den Vorteilen der Gestaltung der Buckelwalflosse. Er hat ein Start-up namens WhalePower gegründet, das unter anderem an verbesserten Windkraftanlagen arbeitet.
Prototypen legen nahe, dass die reduzierte Strömungsabrissneigung durch die Tuberkel die Leistung der Rotorblätter verdoppeln kann – bei Windgeschwindigkeiten von 17 Meilen pro Stunde sei das stabile Realität. Und selbst wenn ein laueres Lüftchen wehe, werde mehr Energie aus dem Wind bezogen: So komme die gleiche Leistung bei 10 Meilen pro Stunde heraus, die traditionelle Anlagen erst bei 17 Meilen erreichen würden. Die Tuberkel kanalisieren dabei den Wind um die Blätter, und es entstehen Luftwirbel mit verstärktem Auftrieb. Gleichzeitig sind die Anlagen stabiler: In der kanadischen Provinz Prince Edward Island stehen erste Modelle, die bereits Ausläufer eines Hurrikans überlebt haben.
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(bsc)
