Die Struktur von Haifischhaut soll bei der Reduktion des Luftwiderstands von Windkraftflügeln helfen.

Luftwiderstand von Windkraftflügeln reduzieren Gesteigerte Energieeffizienz mit Haifischhautlack

10.06.2019

Um den Luftwiderstand von Windkraftflügeln zu reduzieren, griffen die Forscher vom Fraunhofer IFAM auf das Vorbild der Natur zurück – der Struktur von Haifischhaut. Ein neu entwickelter Lack lässt die Rotorblätter mit dem Haifischlack mit einer höheren aerodynamischen Effizienz durch die Luft gleiten. Auch in der Luftfahrt sorgt die Haifischtechnik für die Einsparung von Treibstoff.

Scheinbar ohne großen Kraftaufwand gleiten Haie mit hoher Geschwindigkeit durch das Wasser. Mikroskopisch kleine Rillen auf ihrer Haut verhelfen ihnen zu dieser bemerkenswerten Geschwindigkeit. Dafür verantwortlich ist die reibungsminimierende Eigenschaft dieser Mikrostruktur, die die hydrodynamischen Eigenschaften des Fischkörpers optimiert. Die Wirkung beruht darauf, dass die turbulenten Wirbel, die quer zur Strömungsrichtung laufen, vermindert werden. Die Turbulenzreduzierung an der Grenzschicht führt zur Verringerung des Reibwiderstands. In der Strömungsmechanik macht man sich die Haifisch-Längsrillenstrukturen schon seit Jahren in vielfältiger Weise zunutze.

Riblet-Lack: Shark Skin Effekt

Im Flugzeugbau wurde schon gezeigt, dass die am Fraunhofer IFAM entwickelte funktionelle Beschichtung mit mikroskopisch kleinen Rillen – Riblet-Lack genannt – den Luftwiderstand reduziert und Treibstoff einspart.

Für Anwendungen, bei denen gekrümmte Flächen beschichtet werden müssen oder es auf eine hohe Dauerhaftigkeit unter harschen Bedingungen ankommt, hat das Fraunhofer IFAM eine Lösung entwickelt, bei der in einem einzigen Arbeitsschritt ein Lackflüssig aufgetragen, entsprechend fein gerillt strukturiert und anschließend gehärtet wird.

Im Projekt „Riblet4Wind“ erforschte ein Team nun die Effizienzsteigerung von Windkraftanlagen mit dem Haifischhautlack. Im ersten Schritt wurden Windkanal-Testreihen an einem 2D-Profil mit Riblet-Strukturen durchgeführt. Es wurde eine signifikante aerodynamische Effizienzsteigerung von 10 Prozent gemessen. Auch im realen Betrieb von 20 Jahren alten Turbinen lies sich eine Verbesserung der Leistungscharakteristik durch die Beschichtung feststellen.

Laut dem Fraunhofer IFAM Es ist sehr wahrscheinlich, dass diese Technologie in den nächsten Jahren zur industriellen Reife gebracht wird und eine flächendeckende Anwendung findet.

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