Riblet

Riblets oder auch riblet (aus dem Englischen: »kleine Rippen« oder »Rippchen«), bezeichnen eine Oberflächengeometrie, die eine Verminderung des Reibungswiderstands auf turbulent überströmten Oberflächen bewirken. Oberflächengeometrie von Riblets ist beispielsweise auch auf den Schuppen der schnell schwimmenden Haie vorhanden. Es handelt sich bei diesen Oberflächengeometrien um feine Rippen, die eine sehr scharfe Rippenspitze haben.

Hintergrund

In der Strömungsmechanik, die ein Untergebiet der Physik darstellt, werden zwei unterschiedliche Strömungsformen unterschieden: Die laminare und die turbulente Strömung. Die meisten Strömungen, die bei technischen Anwendungen auftreten, sind turbulent. Turbulente Strömungen weisen in der Regel höhere Reibungsverluste auf als laminare. Die erhöhte Reibung in der turbulenten Strömung entsteht durch Impulstransport quer zur Hauptströmungsrichtung in der Grenzschicht. Die Strömung unmittelbar an der überströmten Oberfläche wird durch Wirbelstrukturen dominiert, die energiereiches Fluid an die Wandoberfläche transportieren. Dieser (im Vergleich zur laminaren Strömung) zusätzliche Austausch von Impuls ist der Grund für die in turbulenter Grenzschicht erhöhten Wandreibung.

Stark vergrößertes Modell einer Haifischhaut. Die Schuppen (blau) tragen scharfe Rippen, die den widerstandsvermindernden Effekt bewirken

Die feinen Rillen auf den Haifischschuppen (und auf der künstlichen Haifischhaut) behindern die Querbewegungen der Wirbel in der turbulenten Strömung. Auf diese Weise lässt sich die Wandreibung im Laborexperiment um bis zu 10 % vermindern, in technischen Anwendungen werden Widerstandsverminderungen um ca. 8 % erreicht. Da die Rillen auf dieser widerstandsvermindernden Oberfläche winzig sind, werden sie von der Strömung nicht als rau „wahrgenommen“. Diese Eigenschaft funktioniert jedoch nur in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich, deshalb muss die Rillenoberfläche für jede Anwendung speziell ausgelegt werden. Es kann also nicht einfach eine vorhandene Rillenfolie für eine beliebige Anwendung verwendet werden.

Anwendungsbereich

Um den Widerstand eines Fahrzeuges mit einer Rillenoberfläche wirksam zu vermindern, muss der Anteil der Wandreibung am Gesamtwiderstand groß sein. Dies ist bei Flugzeugen, Schiffen, U-Booten und auch Rohrleitungen der Fall, nicht jedoch bei Automobilen. Bei Kraftfahrzeugen dominieren Turbulenzen den aerodynamischen Gesamtwiderstand.

Die mikroskopisch kleinen Rippen werden seit Beginn der 1980er Jahre mit dem Ziel untersucht und optimiert, den Treibstoffverbrauch von Langstreckenverkehrsflugzeugen zu vermindern. Die Abmessungen dieser feinen, parallel zur Strömungsrichtung angeordneten Rillen sind von der Geschwindigkeit sowie der Zähigkeit (Viskosität) des Fluids (Wasser, Luft oder andere Flüssigkeiten) abhängig. Beispielsweise sind Rillenabstände für eine Anwendung auf Verkehrsflugzeugen mikroskopisch klein (30 bis 60 Mikrometer).

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