Aerodynamik Walflossen sind die besseren Flügel

Ausgerechnet an Meerestieren gelang Wissenschaftlern eine vielleicht bahnbrechende Entdeckung für die Entwicklung künftiger Flugzeuge. Im Windkanal erwies sich die Flosse des Buckelwals dank ihrer Wellenform als extrem effektive Tragfläche.

Als Frank Fish und seine Kollegen das 55-Zentimeter-Modell einer der Walfischflosse in den Windkanal steckten, erhielten sie überraschende Resultate: An der Tragfläche mit der stark welligen Kante riss die Luftströmung wesentlich später ab als an einem Modell ohne Buckel. Zudem produzierte sie einen acht Prozent stärkeren Auftrieb, der Luftwiderstand lag gar 32 Prozent unter dem des konventionell geformten Gegenstücks.

Wie die US-Forscher im Fachmagazin "Physics of Fluids" schreiben, konnte der Luftstrom 40 Prozent steiler auf den welligen Flügel auftreffen, ohne abzureißen. Ein Strömungsabriss ist unter Piloten gefürchtet, da ein Flugzeug auf diese Weise plötzlich außer Kontrolle geraten kann.

"Das gleichzeitige Erreichen eines höheren Auftriebs und eines geringeren Luftwiderstands ergibt eine höhere aerodynamische Effizienz", erklärt Laurens Howle von der Duke University, einer der Autoren der Studie. Die Entdeckung des Buckel-Effekts könne zur Konstruktion neuartiger Tragflächen und Unterwasserfahrzeuge führen.

Insbesondere Flugzeuge könnten von der Entdeckung profitieren, da ein stärkerer Auftrieb und ein steilerer Windwinkel Starts bei langsamerem Tempo und damit kürzere Rollwege ermöglichen. Auch die Sicherheit und Wendigkeit von Flugzeugen lasse sich steigern, wenn Piloten weniger schnell als bisher mit einem Strömungsabriss rechnen müssten. Der geringere Luftwiderstand könne wiederum den Treibstoffverbrauch senken.

Den positiven Effekt der Wal-Flügel erklären sich die Wissenschaftler damit, dass die Buckel an der Flossenkante die Linie des Wasserdrucks durchbrechen und in den Vertiefungen zwischen den Buckeln kleine Wirbel verursachen. Die Wirbel rollen über die Flosse hinweg und verstärken so den Auftrieb. "Die Wirbel verleihen dem Wasserstrom eine Drehbewegung, der ihn an der Oberfläche der Flosse festhält und einen Strömungsabriss verzögert", sagt Howle.