Bionik befasst sich mit der Untersuchung und Übertragung optimaler Lösungsprinzipien der belebten Natur auf technische Systeme. Viele biologische Systeme sind bis an den Rand des physikalisch Möglichen optimiert. Ein gutes Beispiel: Vögel und Gefieder. Vögel sind hervorragende Flieger, können große Geschwindigkeiten erreichen und enorme Strecken zurücklegen.
Gefieder birgt eine Vielzahl unterschiedlichster Geheimnisse. Federn sind mikrostrukturiert und sie sind hydrophob. Das Gefieder speichert Luftmasse, wirkt also als Barriere gegen Wärmeaustausch und ermöglicht dem Vogel die vom Stoffwechsel erzeugte Wärme zu behalten. Als Tragfläche bildet Gefieder einen Universalflügel aus, mit dem extrem unterschiedliche Manöver geflogen werden können: Kraftflug, Gleiten und Bodeneffekt-Segeln! Wie manche Kunststoffgewebe, neigt Gefieder dazu, sich im Fluge elektrostatisch aufzuladen.Wozu das dient, wissen wir noch nicht! Genauso wenig weiß man darüber, welchen Nutzen die Gasdurchlässigkeit von Federn birgt.
Inhaltsverzeichnis
1. Bionik- Forschung an der Beuth-Hochschule für Technik, Berlin (BHT)
2. Artifizielle Gefieder
3. Gefiedertaschen
4. Künstliche Gefieder
5. Ausblick
6. Hydroflexible Einweg-Oberflächenfolie für geometrisch einfache Unterwasserbauteile von Seefahrzeugen
6.1 Stand der Wissenschaft und Technik
6.1.1 Biologie
6.1.2 Technik
6.1.3 Strömungsphysik
6.1.4 Modellversuche
6.2 Problembeschreibung
6.3 Problemlösung
6.4 Erreichbare Vorteile
6.5 Aufbau, Anfertigung, Montage und Wirkungsweise
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht, wie biologische Prinzipien des Vogelgefieders – insbesondere das Aufstellen von Deckfedern bei Strömungsabriss – auf technische Systeme wie Jollen-Ruderblätter übertragen werden können, um den Strömungswiderstand zu minimieren und die Steuerwirkung zu optimieren.
- Bionische Übertragung biologischer Lösungsprinzipien auf technische Bauteile.
- Strömungsmechanische Analyse von Stallzuständen bei Tragflächen.
- Entwicklung hydroflexibler Einweg-Oberflächenfolien zur Strömungskonditionierung.
- Anwendung bionischer Konzepte im Yacht- und Regattadesign.
- Praktische Erprobung und Anfertigung technischer Prototypen.
Auszug aus dem Buch
Artifizielle Gefieder
Gefieder. Bionik befasst sich mit der Untersuchung und Übertragung optimaler Lösungsprinzipien der belebten Natur auf technische Systeme. Viele biologische Systeme sind bis an den Rand des physikalisch Möglichen optimiert. Ein gutes Beispiel: Vögel und Gefieder. Vögel sind hervorragende Flieger, können große Geschwindigkeiten erreichen und enorme Strecken zurücklegen. Der schnellste Vogel ist, mit über 170 Stundenkilometern Fluggeschwindigkeit, der Mauersegler. Die Küstenseeschwalbe ist der Vogel, der bei seinen jährlichen Wanderungen am weitesten fliegt: Sie unternimmt alljährlich einen Rundflug zwischen Nordpol und Südpol.
In Vögel hat die biologische Evolution enorm viel Entwicklungsarbeit investiert, sie sind hochoptimiert. Eine Ursache von Effizienz bei künstlichen und biologischen Systemen ist die Häufigkeit des Auftretens. Das gilt von Generation zu Generation, also relativ und zeitlich horizontal, als auch absolut und vertikal über weite Optimierungszeiträume hinweg. In der Zeit, während der ein gewichtsgleiches Säugetier erwachsen wird, hat das System Vogel schon 4 oder 5 Generationenfolgen hinter sich. Rein statistisch ein guter Grund für Bioniker, auf der ständigen Suche nach Innovationen, sich dem biologischen Hightech-Produkt Vogel und seiner einzigartigen Verpackung besonders intensiv zu widmen. Fassen wir Segeln als ebenes, zweidimensionales Fliegen auf, sollte es gelingen, bei der Entschlüsselung der physikalischen Effekte fliegender, biologischer Systeme auf die Lösungsprinzipien zu stoßen, die auf die Probleme passen, deren wir uns beim Yachtdesign gegenübersehen.
Zusammenfassung der Kapitel
Bionik- Forschung an der Beuth-Hochschule für Technik, Berlin (BHT): Einführung in die Bedeutung der Bionik als Schlüsseltechnologie und Vorstellung der forschenden Fachgruppe an der BHT.
Artifizielle Gefieder: Darstellung des Vogelfluges als biologisches Hochleistungsmodell und Übertragung der aerodynamischen Optimierung auf technische Anforderungen.
Gefiedertaschen: Beschreibung des Gefieders als räumliches Tragflächenprofil, das im Gegensatz zu starren Materialien Vorteile in der Aerodynamik bietet.
Künstliche Gefieder: Erläuterung des Vorhabens, durch Gefiederfolien eine universelle Strategie zur Vermeidung von Auftriebseinbrüchen zu entwickeln.
Ausblick: Zusammenfassung der technischen Umsetzung mittels Einweg-Oberflächenfolien zur praktischen Anwendung im Segelsport.
Hydroflexible Einweg-Oberflächenfolie für geometrisch einfache Unterwasserbauteile von Seefahrzeugen: Detaillierte wissenschaftliche und technische Dokumentation des Gebrauchsmusterpatents für eine biomimetische Oberflächenlösung.
Schlüsselwörter
Bionik, Vogelgefieder, Strömungsabriss, Hydrodynamik, Tragflächen, Yachtdesign, Rückströmung, Aerodynamik, Einweg-Oberflächenfolie, Stallzustand, Strömungskonditionierung, Biomimetik, Strömungsmechanik, Regattasegeln.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der bionischen Übertragung der Funktionsweise von Vogelgefieder auf technische Strömungssysteme zur Leistungsoptimierung.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zu den Schwerpunkten gehören Bionik, Aerodynamik, Strömungsphysik, Yachtkonstruktion sowie die Materialentwicklung von Oberflächenfolien.
Was ist das primäre Ziel dieser Untersuchung?
Ziel ist es, den plötzlichen Strömungsabriss (Stall) an technischen Tragflächen und Ruderblättern durch den Einsatz von bionisch nachempfundenen Strukturen zu verhindern.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden biologische Vorbilder analysiert, in physikalische Modelle übersetzt, durch Modellversuche geprüft und in Form von Gebrauchsmusterpatenten technisch umgesetzt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert die physikalischen Effekte des Deckgefieders bei Vögeln und überträgt diese Erkenntnisse auf die Entwicklung von hydroflexiblen Einwegfolien für Unterwasserbauteile.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Bionik, Strömungskonditionierung, hydroflexible Folien, Auftriebsbeiwert und Widerstandsminimierung.
Warum ist das Gefieder für Ingenieure im Yachtbau interessant?
Weil es als "selbstausheilendes" System bei Stallzuständen kontinuierlichen Auftrieb liefert, ein Effekt, der die Steuerwirkung von Ruderblättern unter Last verbessern kann.
Wie werden die entwickelten Oberflächenfolien in der Praxis angewendet?
Sie werden auf gereinigte Oberflächen von Seefahrzeugen aufgeklebt, wirken dort als lokale Rückströmbremsen und können nach dem Betrieb leicht wieder entfernt werden.
Inwiefern ist das hier vorgestellte System für Regattasportler relevant?
Da herkömmliche permanente Strömungsklappen schwer zu reinigen sind, bieten die Einwegfolien eine kostengünstige und praktikable Lösung für Wettfahrten.
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- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Autor), 2010, Artifizielle Gefieder, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/150824
