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Geglättete Strömung

Helfen Walzen gegen Luftwirbel hinter Flugzeugen?

Von Rainer Scharf

Große Passagierflugzeuge haben oft tückische Luftwirbel im Schlepptau, die andere Flugzeuge zum Absturz bringen können. Die Wirbel lösen sich in unregelmäßigen Zeitabständen von der Hinterkante der Tragflächen und bilden eine sogenannte Karman-Wirbelstraße. Solche Wirbelstraßen entstehen, wenn eine Flüssigkeit oder ein Gas mit hoher Geschwindigkeit ein Hindernis umströmt. Wissenschaftler in Singapur haben nun einen Weg gefunden, die Wirbelbildung zu unterdrücken.

Mit einem Computer haben Gua Wei und Prasad Patnaik von der National University berechnet, wie eine Flüssigkeit ein Hindernis umströmt und dabei Wirbel bildet. Zur Vereinfachung nahmen sie an, die Strömung sei zweidimensional und auf eine Ebene beschränkt. Das Hindernis lag in der Strömungsebene und hatte eine nahezu quadratische Form. Auf der Rückseite des Hindernisses befanden sich zwei Kreisscheiben, die sich mit vorgegebener Geschwindigkeit gegeneinander drehen konnten.

Wenn die Flüssigkeit das Hindernis mit großer Geschwindigkeit umströmte und die Kreisscheiben in Ruhe waren, bildeten sich hinter dem Hindernis fortwährend neue Strömungswirbel. Die Wirbel wurden von der Strömung davongetragen, und es entstand eine Wirbelstraße, in der sich die Flüssigkeit turbulent bewegte. Drehten sich die Kreisscheiben jedoch in Richtung der Strömung, hatte das eine beruhigende Wirkung auf die Turbulenzen. Die Wirbelbildung wurde verzögert, wie die Forscher in der Zeitschrift "Physical Review Letters" (Bd. 88, Nr. 054502) berichten. Die Wirbel entstanden erst in einem bestimmten Abstand vom Hindernis, der um so größer wurde, je schneller sich die Scheiben drehten. Als die Kreisscheiben schließlich mit eineinhalbfacher Strömungsgeschwindigkeit rotierten, entstanden überhaupt keine Wirbel mehr. Die Strömung hinter dem Hindernis war dann völlig glatt.

Die Forscher führen dieses Verhalten der Strömung darauf zurück, daß die rotierenden Kreisscheiben die vorbeifließende Flüssigkeit mitreißen und auf diese Weise der Strömung eine zusätzliche Drehbewegung geben. Dadurch wird die Strömung hinter dem Hindernis stark gestört und die Wirbelbildung unterdrückt. In seinen Details ist dieser Prozeß allerdings noch nicht verstanden. Nach Meinung der Forscher aus Singapur sollte sich auf ähnliche Weise auch in dreidimensionalen Strömungen die Wirbelbildung unterdrücken lassen. In diesem Fall mußten hinter einem Hindernis rotierende Walzen angebracht werden. Computersimulationen und Experimente sollen hier Klarheit schaffen. Ob Flugzeugtragflächen mit rotierenden Walzen die Bildung der gefürchteten Luftwirbel tatsächlich verhindern können, ist allerdings fraglich. 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 12.02.2002, Nr. 36 / Seite 44

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