Hai Society

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Wenn bei wissenbloggt von Tieren die Rede ist, dann oft im traurigen Sinn: Bienen und Vögel sterben weg, Hühner werden ersetzt, Hunde und Katzen dienen als Dekoration, und Schweine werden als Sau durchs Dorf getrieben. Affen, Esel und Geier sind bloß Bezeichnungen für Menschen – und Haie auch (Bild: ChristianFerronato, pixabay).

Haie müssen dringend was für ihr Image tun. Während diese Knorpelfische vielfach am Aussterben sind, wird ihr Name inflationär für loan sharks (Kreditwucherer) und Miethaie verwendet. Mal sehen, vielleicht gelingt es den Fischen, sich besser aufzustellen.shark-1454245_1280GraphicMama-team

Hilfreich könnte ein Artikel aus dem Physik Journal sein (1., Bild: GraphicMama-team, pixabay). Die Haut des Hais hat eine Eigenschaft, die ihm beim Schwimmen Vorteile bringt. Die Schuppen tragen scharfe Rillen in Strömungsrichtung, sogenannte Riblets. Die machen den Hai schneller, vmax 70 km/h.

Ohne die Riblets bildet das Wasser Wirbel mit Rotationsachse in Strömungsrichtung. Die Wassermoleküle bewegen sich senkrecht zu der Achse und verbrauchen Energie. Diese "Reibung" vermindert die Vortriebsenergie.

Durch die Rillen wird die Reibung vermindert, denn Wirbel entstehen nur noch an ihren Spitzen. Das Maß dafür ist die Reynolds-Zahl (Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften). Die Reynolds-Zahl wird empirisch bestimmt und hängt von den Abmessungen der Rillen ab – in Luft und Wasser sind 20 – 200 µm optimal.

sharkcloseup-3089436_1280MerioDie Verminderung der Reynolds-Zahl ist nicht alles, was die Riblets leisten. Sie können auch Vortices (Wirbel) generieren. Bei 1. werden damit kleine Zacken bezeichnet, welche die Strömung gezielt stören, laminare in turbulente Grenzschichten wandeln, Strömungsabrisse verhindern und dadurch Auftrieb erzeugen und das Schwimmen erleichtern (Bild: Merio, pixabay).

Die Riblets waren es, welche die Schwimmanzüge so schnell machten (bis die Ganzkörperanzüge verboten wurden). Der Wasserwiderstand wird dadurch um 3-4% gesenkt, was für eine Menge neue Rekorde sorgte. Nicht nur Haifischhaut war gefragt, es wurden auch noch elastische Bänder eingearbeitet, die des Schwimmers Körper in "strömungsgünstigere Lage" brachten. Am Ende galt sowas als Wettbewerbsverzerrung.

Beim Wettkampfschwimmen, aber nicht bei Schiffen. Da wurden spezielle Lacke ausprobiert, mit denen die Schiffsrümpfen Riblets verpaßt kriegten. Ummerhin brachte das bis zu 5% Verminderung vom Reibungswiderstand und entsprechende Verbrauchsminderungen. Bei Containerschiffen kommen dann schon mal 300.000 $ Ersparnis pro Jahr raus.

Am Ende war es dann doch kein Erfolg, denn die Rillen boten den Seepocken usw. besonders guten Haftgrund. Die "Biofilme" machten die Riblets-Gewinne zunichte. Man verwendet giftige "Antifouling"-Anstriche gegen den Biofilm; in Zukunft gibt es vielleicht ungiftiges silikonhaltiges Material dafür. Schutzdauer: 2-3 Jahre.

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Und in der Luft? Da sind auch noch keine Erfolge zu vermelden. Man bepflasterte Flugzeugflügel mit Riblet-Folien und senkte den Kerosinverbrauch um 1,5%. Doch die Folie war nicht beständig und blätterte ab. Sie sollte durch einen speziellen Lack ersetzt werden, aber der wird durch langwierige Genehmigungsprozesse ausgebremst (Bild: searchspider, pixabay). Doch weitere Anwendungsbereiche sind in Aussicht:

  • Auf Windmühlenflügeln könnten Riblets den Energieertrag steigern und das Pfeifen verringern – das wird dies Jahr getestet. 
  • In Rohren könnte eine Riblet-Beschichtung die Reibung vermindern – auch das bringt mehr Energieeffizienz und weniger Geräusch.

Insgesamt macht das die Haitech zu einem Paradebeispiel der Bionik.

 

Medien-Links:

  1. Mit Haitech gegen Reibung (Physik Journal 3/18, mit Zahlsperre): Die Rillenstruktur von Haifischhaut gehört zu den bekanntesten Beispielen, wie Technik von Natur lernen kann.
  2. Haisociety- Der Weiße Hai (Fun Dive): Diese Art ist für den Menschen definitiv gefährlich auch wenn es sich bei Unfällen meist um Verwechslungen handelt. Dann isses ja nicht so schlimm …

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