Eingebaute Aktoren sorgen für aktive Strömungskontrolle.
Vivek Bakul Maru
Zur aktiven Strömungskontrolle an Flugzeugen und Automobilen sollen künftig Aktoren zum Einsatz kommen, "aus denen Luft mit hoher Geschwindigkeit gepustet wird“. So erklärt es Dipl.-Ing. Martin Schüller, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS) in Chemnitz. Diese Aktorik, die kleinen Lautsprecher ähneln, könne durch gezielte Luftstöße aktiv die aerodynamische Strömung beeinflussen. Ein Forschungsprojekt, an dem auch der Bundesexzellenzcluster Merge der Technischen Universität Chemnitz maßgeblich beteiligt ist.
Deren Einsatz und Design für variierende Anwendungsfälle zu optimieren, ist Thema von Schüllers Promotion – und der täglichen Arbeit mit seinen Kollegen Mathias Lipowski, Perez Weigel und André Gratias im Team "Flow Control Actuators and Systems“. Während bisher nach Prinzip Trial and Error gearbeitet wird, soll künftig ein Optimierungstool eingesetzt werden, mit dem man möglichst viele Anwendungsparameter simulieren kann. Das Ergebnis sei die Kombination aus einem geschlossenen, analytischen Modell mit einem Netzwerkmodell, mit dem sämtliche Elemente erstmals analytisch beschrieben werden können. Laut Schüller, lasse sich so für jeden Anwendungsfall die Leistungsfähigkeit der Aktorik immens steigern.
Verschiedene Werkstoffverbunde für die Aktoren im Test
Dort können Aktoren, die an Flügeln oder Seitenleitwerken angebracht werden, beispielsweise die Auftriebsphase verbessern und somit helfen, Kraftstoff einzusparen. Die Integration erfordere jedoch einen erhöhten Montage-Aufwand und zusätzliches Gewicht, was zu mehr Kraftstoffverbrauch führe, so der Forscher. Deshalb habe er mit seinem Team am Bundesexzellenzclusters Merge vor allem auch die Integration von Aktoren in verschiedene Werkstoffverbunde und Bauteile untersucht.
Orientiert haben sie sich dabei vor allem am Fahrzeugbau: "Wir arbeiten dabei gegen das sogenannte Totwasser am Heck eines Autos. Dort entstehen Wirbel, die das Fahrzeug bremsen. Mit Aktoren am Heckspoiler können wir dem entgegenwirken“, erklärt Schüller. Dabei gebe der Leichtbau die wichtigsten Parameter vor: Für eine möglichst geringe Masse kommen nur bestimmte Fertigungstechniken und Materialien in Frage, der Bauraum ist gegeben, ebenso die Aerodynamik des Fahrzeugs. Je nach verwendeter Technik sind wiederum verschiedene Designs der Aktoren möglich, da deren Form technisch bedingt ist. Beim Fräsen, 3-D-Druck, Spritzguss oder bei der Stereolithografie sind immer nur bestimmte Düsen- und Kammerformen herstellbar.