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Wissenschaft - Winzige Kratzer, riesige Wirkung: Wie raue Oberflächen Flugzeuge revolutionieren könnten
Ein Flügel wie kein anderer. In seiner Oberfläche befinden sich unzählige Kratzer – aber warum? (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)
Werbung fürs perfekte Rasieren und die Überzeugung von Luftfahrtingenieuren haben erstaunlich viel miteinander zu tun. Sie teilen sich ein Dogma: Je glatter, desto besser.
Wo das eine durchaus standhält, hinterfragen Forscher inzwischen letzteres. Seit jeher galten möglichst ebene Flügel und Oberflächen bei Flugzeugen als Optimum. Nur so bieten sie laut dem Stand der Forschung möglichst wenig Widerstand – und das spart letztlich Treibstoff.
Ein Team aus Japan hat jetzt dieses 80 Jahre alte Prinzip der Strömungslehre widerlegt: Flügel gehören stattdessen angeraut.
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Das Prinzip hinter der Entdeckung erscheint simpel, erfordert aber modernste Technik. Denn mit besser nicht glatt und lieber rau meinen die Forscher an sich glatt, aber bis zu einem gewissen Grad rau.
Die Oberflächen-Rauigkeiten, die den aerodynamischen Widerstand um bis zu 43,6 Prozent reduzieren, sind nämlich winzig. Es handelt sich um sogenannte »Distributed Micro-Roughness« (DMR), auf Deutsch quasi verteilte-Mikro-Rauheiten.
Stellt es euch vor, wie eine hauchdünne Schicht an winzigen Schluchten. Wobei das unebene Erscheinungsbild zufälliger Natur ist und nur im mikroskopischen Maßstab vorliegt – ihr könntet es mit bloßem Auge nicht erkennen. Die Oberfläche erschien euch glatt.
Die Forscher testeten zwei Varianten: erhabene Muster aus Glasperlen auf einer zuvor perfekt gleichmäßigen Fläche sowie konkave Vertiefungen durch Sandstrahlen. In beiden Fällen ergeben sich Löcher und Schluchten niemals tiefer als 50 Mikrometer – meist niedriger. Das entspricht ungefähr dem Durchmesser eines menschlichen Haares.
Physikalisch passiert Folgendes, wenn die Luft über die Strukturen strömt:
