Zwei am Heck eines Flugzeuges befestigte rotierende Scheiben könnten die “in der Spur” des Flugzeugs auftretenden Turbulenzen um ein Vielfaches verringern. Das ist das Ergebnis einer Computersimulation eines Forscherteams der Universität Singapur, berichtet das Fachmagazin Physical Review Letters (Band 88, Nr. 054502). Eine erfolgreiche Anwendung des Prinzips würde die Sicherheit der kommerziellen Luftfahrt beträchtlich erhöhen.
Bewegt sich ein Objekt in einem Medium, treten dahinter starke Turbulenzen auf, vor allem da die erzeugten Wirbel einen Drehimpuls besitzten. Die Forscher Guo Wei Wei und Prasad Patnaik nahmen diese seit langem bekannte Tatsache zum Ausgangspunkt ihrer Untersuchungen zur effektiven Verringerung dieser sogenannten Spurturbulenz. Mittels einer Computersimulation der Bewegung eines quaderförmigen Objektes in einer Flüssigkeit konnten sie zeigen, dass zwei an der Rückseite des Objektes angebrachte, gegeneinander rotierende Scheiben die Spurturbulenz um ein beträchtliches Maß verringern.
Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben die Geschwindigkeit des Objektes (oder der Flüssigkeit bei einem stillstehenden Objekt) um mehr als fünfzig Prozent übertrifft, treten sogar überhaupt keine Wirbel mehr auf ? die Spurturbulenz ist gleich Null. Die Forscher führen diesen überraschenden Effekt auf eine Verringerung des Sogs an der Rückseite des Objektes zurück. Dieser Sog ist einer der Hauptgründe für die Entstehung von Wirbeln mit beträchtlichem Drehimpuls.
Die Forscher hoffen mit ihrer Entdeckung zur Sicherheit der Luftfahrt beizutragen. In der Tat sind die im Flugstrahl eines Großflugzeuges auftretenden Turbulenzen eine ernste Gefahr für ein hinter diesem fliegendes Flugobjekt. Da Flugzeuge zumeist in einem Abstand von nur wenigen Minuten von großen Flughäfen starten, ist die Vermeidung von Spurstrahlen vorausfliegender Flugzeuge eine lebenswichtige Aufgabe der Piloten.
Das vorgestellte Computermodell arbeitet zur Zeit nur in zwei Dimensionen. Die Forscher hoffen allerdings, dass der von ihnen entdeckte Effekt auch in drei Dimensionen nutzbar eingesetzt werden kann. Die mathematische Beschreibung des hydrodynamischen Flusses ist in dem Modell so realistisch wie möglich ? es setzt bei den sogenannten Navier-Stokes-Gleichungen der Hydrodynamik an.
Spurturbulenzen sind ein bekanntes Phänomen der Hydrodynamik. Sie treten immer dann auf, wenn sich ein Objekt mit einer größeren Geschwindigkeit als die sogenannte kritische Geschwindigkeit durch eine Flüssigkeit oder ein Gas bewegt. Diese kritische Geschwindigkeit hängt von der Zusammensetzung der Flüssigkeit oder des Gases ab und wird von Flugzeugen überschritten.
Stefan Maier
