Creative Labs

Aerodynamik

Der Bionik stehen mehrere Windkanäle zur Verfügung, mit denen sich der Auftrieb und Widerstand messen und mit Hilfe einer Highspeed-Kamera das Verhalten bei Anströmung untersuchen lassen. Dazu wird das Flügelprofil oder Testobjekt vor bzw. in dem Windkanal befestigt. Um sicher zu stellen, dass der Gegenstand möglichst homogen umströmt wird, wird zunächst das Strömungsfeld vermessen:

>>> Methoden

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Windkanal WKL

In der WKL-Halle am Standort Neustadtswall steht der sogenannte „blaue“ Windkanal der Bionik. Er verfügt über eine 2 Komponenten Waage und verfügt über eine offene Messstrecke. Die Austrittsdüse hat einen Durchmesser von 0,45 m. Er kann Geschwindigkeiten von 0,5 – 15 m/s erzielen. Sollte noch mehr Power nötig sein, steht der Bionik auch die Nutzung des sogenannten großen Windkanals in geschlossener Bauweise zur Verfügung, der ebenfalls in der WKL-Halle aufgebaut ist und von mehreren Studiengängen genutzt wird.

Creative Labs: Aerodynamik

Windkanal WKL

Creative Labs: Aerodynamik

Windkanal 1 & 2 - HKS

Am Standort in der Hermann-Köhl-Str. (HKS) verfügt die Bionik über zwei Windkanäle, die auf Tischen aufgebaut sind.

Der kleinere der beiden verfügt über 6 Lüfter. Er wird dazu genutzt den Insektenflug bzw. den durch diesen inspirierten Flug von MAVs (Micro Air Vehicle) zu analysieren. Hier zu sehen ist ein Testobjekt einer Projektgruppe aus dem Modul 4.1 Lokomotion des ISB im SS 2021.

Der größere Windkanal hat eine geschlossene Messstrecke. Die Strömung wird durch vier Lüfter erzeugt.

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Windkanal 1 & 2 - HKS

Am Standort in der Hermann-Köhl-Str. (HKS) verfügt die Bionik über zwei Windkanäle, die auf Tischen aufgebaut sind.

Der größere Windkanal hat eine geschlossene Messstrecke. Die Strömung wird durch vier Lüfter erzeugt.

Untersuchung von ROV_Modellen mit Hilfe von PIV am Wasserkanal

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Particle Image Velocimetry (PIV)

Mit Hilfe der Particle Image Velocimetry (PIV) lassen sich Strömungseffekte und Strömungsgeschwindigkeitsfelder in Fluiden (z.B. Luft und Wasser) aufzeigen und berechnen. Deswegen spielt diese Methode wie die Simulationsmethode CFD sowohl in der Aero- als auch in der Hydrodynamik eine große Rolle.

Um die Strömung sichtbar zu machen, werden dem Fluid kleinste Partikel zugesetzt. Dann werden in kurzem zeitlichen Abstand die Partikel im Fluid fotografiert und aus ihren Positionen die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit ermittelt. Hierzu beleuchtet in einer Ebene ein Laserstrahl die Partikel pulsierend. Das von den Partikeln reflektierte Licht wird genutzt um zwei Bilder mit einem bestimmten, an die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserkanals angepassten Zeitabstand dazwischen, zu schießen. Die beiden Bilder werden im Anschluss digital weiterarbeitet, die Verschiebung der Partikel ermittelt und ihre Strömungsgeschwindigkeit berechnet.

Aufnahme des Wasserkanals bei einer PIV-Untersuchung und aktiviertem Laserstrahl (links). Das Modell aus dem ROV-Projekt (Mitte) wurde kopfüber in der Halterung befestigt und an seiner breitesten Ebene mit dem Laser angestrahlt. Die aus den PIV-Bildern berechnete Darstellung des Strömungsgeschwindigkeitfelds ist rechts zu sehen.

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Particle Image Velocimetry (PIV)

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CFD - Computational Fluid Dynamics

CFD-Simulation einer zweier ROV-Hüllen, einmal mit (oben) Längskielen nach Vorbild der Lederschildkröte und ohne (unten) (Quelle: Kira Bredenberg, Christoph Bruns, Dominic Janczyk, Michael Unterreiner & Christoph Wilms 2019).

CFD-Berechnungen haben das Ziel strömungsmechanische Probleme approximativ mit numerischen Methoden zu lösen. dazu werden Modellgleichungen wie die Navier-Stokes-Gleichungen, Euler-Gleichungen, Stokes-Gleichungen oder die Potentialgleichungen genutzt. Die Computer gestützte Simulation von Strömungsphänomenen ist eine Alternative zu Versuchen im Windkanal oder Wasserkanal. Außerdem können Prozesse und Bauteile schon vor der Fertigstellung ausgelegt und bewertet werden. Dies wurde z.B. in dem in der Abbildung dargestellten Arbeit „SOFORT — Shape Optimization For OpenROV exploraTion“ einer Projektgruppe aus dem Master Bionik: Mobile Systeme getan: Der mit Längskielen versehene Schwimmkörper (oben) ist lagestabiler als das glatte Vergleichsmodell.

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