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Projektübersicht

Strömungsbeeinflussung in Natur und Technik

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Projektbeschreibung

Das Gray’sche Paradoxon von 1936, auch bekannt als „The dolphin’s secret“, beschreibt die Tatsache, dass der Delphin schneller schwimmt als es seine aufgebrachte Muskelarbeit eigentlich vermuten lässt. Der Grund dafür liegt in seiner flexiblen, visko-elastischen Haut. Diese Haut besitzt sowohl eine passive dämpfende Wirkung auf das Amplitudenwachstum der konvektiven Grenzschichtinstabilitäten (Tollmien-Schlichting Wellen), als auch eine aktive Laminarhaltung der Grenzschicht durch blutdruckgesteuerte Papillargefäße. Dadurch wird ein Umschlagen der laminaren, reibungsarmen Grenzschicht in eine turbulente, stärker reibungsbehafteten Grenzschicht verzögert. In Zusammenarbeit mit der TU Berlin (Aerodynamik und Regelung) und der Universität Stuttgart (Numerik) wird ein technisches Model entwickelt, das die Haut des Delfins nachbildet, und im Windkanal untersucht. Die visko-elastische Eigenschaft der Flügeloberfläche soll hierbei durch Piezo-Polymeraktoren erzielt werden. Diese Aktoren bestehen aus einem dünnen Piezoplättchen, welches mit flüssigem Kunststoff vergossen wird. Dies kann sowohl in Form eines einfachen Biegebalkens, als auch in Form komplexerer Geometrien geschehen. Mehrere dieser Aktoren werden zu einem Array zusammengefügt und mit einer dünnen Membran verbunden. Zudem werden Strömungssensoren in das Array integriert. Das Sensor-Aktor-Array wird in ein Flügelelement eingebaut, so dass die Membran bündig mit der Oberfläche abschließt. Durch das Auslenken der Aktoren entsteht im wandnahen Bereich eine Gegenwelle zu der von den Sensoren gemessenen Störwelle. Durch eine geeignete Regelung löschen sich die beiden Wellen aus und die laminare Grenzschicht bleibt erhalten. Ziel der Arbeit am Lehrstuhl Konstruktion von Mikrosystem ist es, ein intelligentes Design für das Aktorarry zu entwickeln. Dieses Design muss dabei die hohen Anforderungen an Auslenkung, Geschwindigkeit, Frequenzverhalten, Stabilität und Packungsdichte erfüllen.

Laufzeit

01.11.2009 bis 31.10.2012

Projektleitung

Prof. Dr. Peter Woias

Ansprechpartner/in

Prof. Dr. Peter Woias

Kooperationspartner

Prof. Dr.-Ing. W. Nitsche Technische Universität Berlin Institut für Luft- und Raumfahrt Fachgebiet Aerodynamik Prof. Dr.-Ing. R. King Technische Universität Berlin Institut für Anlagentechnik, Prozesstechnik und technische Akustik Fachgebiet Mess- und Regelungstechnik Prof. Dr.-Ing. U. Rist Universität Stuttgart Institut für Aerodynamik und Gasdynamik

Finanzierung

DFG

Schlagworte

Piezoaktoren Automobil und Raumfahrt piezo actuators automotive & aeronautics
Benutzerspezifische Werkzeuge