Studiengänge
- Bachelor
- Master
Bionik-Innovations-Centrum (B-I-C)
News
EN

Studiengänge
- Bachelor
- Master
Bionik-Innovations-Centrum (B-I-C)
News
EN

Creative Labs

Hydrodynamik

Die Untersuchung von Strömungs- und anderen Effekten im und auf dem Wasser ist ein wichtiger Forschungsaspekt in der Bionik. Hierfür stehen der Bionik in Bremen mehrere Wasserkanäle zur Verfügung. Ähnlich den Windkanälen, wird das Testobjekt an einer Waage befestigt, mit der der Widerstand und Auftrieb erfasst werden kann. Mit Hilfe von Videoaufnahmen wird das Verhalten analysiert. Durch das Einbringen von Partikeln in das Wasser, können Verwirbelungen sichtbar und berechnet werden (PIV, siehe unten).

>>> Methoden

Creative Labs: HYDROdynamik

WAsserkanal - NW 1 & 2 (Neustadtswall)

Im Keller des Gebäudes AB am Neustadtswall verfügt die Bionik über einen eigenen Wasserkanal, der insbesondere für PIV-Messungen genutzt wird:

Zu sehen ist ein Foto des Wasserkanals mit Fokus auf die 100 cm lange Messstrecke und eine Aufnahme von oben auf die Messtrecke während einer PIV-Aufnahme. Untersucht wurde ein 3D-Modell-Nachbauch des OpenROV, das auch bei der frontalen Aufnahme des Wasserkanals in schwarz vor der Messstrecke positioniert ist. Der Wasserkanal verfügt über ein Volumen von ca. 500 l und ist mit einer 1 Komponenten-Waage für die Kraftmessung ausgerüstet, die auf Schienen befestigt und über die Messtrecke in Längsrichtung frei positionierbar ist.

Zusammen mit dem Studiengang Schiffbau nutzt die Bionik außerdem den großen Wasserkanal am Neustadtswall, der über eine große Schlepprinne verfügt:

Der große Wasserkanal wurde auch im ROV-Projekt genutzt, um die Funktionsfähigkeit der Prototypen zu testen. In der Abbildung zu sehen ist ein ROV nach Vorbild des Mondfisches.

Auch der weiche autonome Unterwasserroboter nach Vorbild der Pantoffeltierchen wurde in diesem Kanal getestet, wie in dem Video ab Minute 1:00 zu sehen ist. Das Konzept gewann den Bre3D award „Bionik & Design“ in 2019. Die dazugehörige Bachelorarbeit von Fabian Plum wurde bei dem HSB-Innovation award 2018 mit dem Innovationspreis der Interessensgemeinschaft Airport Stadt ausgezeichnet.

Creative Labs: HYDROdynamik

WAsserkanal - NW 1 & 2 (Neustadtswall)

Im Keller des Gebäudes AB am Neustadtswall verfügt die Bionik über einen eigenen Wasserkanal, der insbesondere für PIV-Messungen genutzt wird:

Zusammen mit dem Studiengang Schiffbau nutzt die Bionik außerdem den großen Wasserkanal am Neustadtswall, der über eine große Schlepprinne verfügt:

Der große Wasserkanal wurde auch im ROV-Projekt genutzt, um die Funktionsfähigkeit der Prototypen zu testen. In der Abbildung zu sehen ist ein ROV nach Vorbild des Mondfisches.

Creative Labs: HYDROdynamik

WAsserkanal - NW 1 & 2 (Neustadtswall)

Im Keller des Gebäudes AB am Neustadtswall verfügt die Bionik über einen eigenen Wasserkanal, der insbesondere für PIV-Messungen genutzt wird:

Zusammen mit dem Studiengang Schiffbau nutzt die Bionik außerdem den großen Wasserkanal am Neustadtswall, der über eine große Schlepprinne verfügt:

Der große Wasserkanal wurde auch im ROV-Projekt genutzt, um die Funktionsfähigkeit der Prototypen zu testen. In der Abbildung zu sehen ist ein ROV nach Vorbild des Mondfisches.

Creative Labs: HYDROdynamik

WAsserkanal - NW 1 & 2 (Neustadtswall)

Im Keller des Gebäudes AB am Neustadtswall verfügt die Bionik über einen eigenen Wasserkanal, der insbesondere für PIV-Messungen genutzt wird:

Zusammen mit dem Studiengang Schiffbau nutzt die Bionik außerdem den großen Wasserkanal am Neustadtswall, der über eine große Schlepprinne verfügt:

Der große Wasserkanal wurde auch im ROV-Projekt genutzt, um die Funktionsfähigkeit der Prototypen zu testen. In der Abbildung zu sehen ist ein ROV nach Vorbild des Mondfisches.

Creative Labs

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.

Creative Labs

CFD - Computational Fluid Dynamics

Creative Labs

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.

Creative Labs

Particle Image Velocimetry (PIV)

Seitenanfang