- Riblets
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Riblet oder auch riblets (aus dem Englischen: »kleine Rippen« oder »Rippchen«), bezeichnen eine Oberflächengeometrie, die eine Verminderung des Reibungswiderstands auf turbulent überströmten Oberflächen bewirken. Oberflächengeometrie von Riblets ist auch auf den Schuppen von schnell schwimmenden Haien 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. Reibung entsteht durch Impulstransport quer durch die Grenzschicht. Die Wirbel der Turbulenten Strömung transportieren Impuls effektiver als die für die Zähigkeit des Fluids maßgebliche molekulare Diffusion.
Die feinen Rillen auf den Haifischschuppen (und auf der künstlichen Haifischhaut) behindern die Querbewegungen der Wirbel. Auf diese Weise lässt sich die Wandreibung im Laborexperiment um bis zu 10 % vermindern, in technischen Anwendungen werden etwas geringere Widerstandsverminderungen erreicht. Da die Rillen auf dieser widerstandsvermindernden Oberfläche winzig sind, werden sie von der Strömung nicht als rau „wahrgenommen“ sondern erscheinen als hydraulisch glatt. 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 auf ein beliebiges Fahrzeug geklebt werden.
Anwendungsbereich
Um den Widerstand eines Fahrzeuges mit einer Rillenoberfläche wirksam zu vermindern, muss außerdem der Anteil der Wandreibung am Gesamtwiderstand groß sein. Dies ist bei Schiffen, U-Booten oder Flugzeugen der Fall, nicht jedoch bei Automobilen. Bei Kraftfahrzeugen dominiert der Formwiderstand den aerodynamischen Gesamtwiderstand. Auch bei Schwimmern ist der Anteil eher klein, aber es reicht für neue Rekorde.
Die mikroskopisch kleinen Rippen werden seit Beginn der 1980er Jahre des vergangenen Jahrhunderts mit dem Ziel untersucht und optimiert, den Treibstoffverbrauch von Langstreckenverkehrsflugzeugen zu vermindern. Die Abmessungen dieser feinen, parallel zur Strömungsrichtung angeordneten Rillen, hängt von der Art der Strömung ab, in der sie verwendet werden, die Geschwindigkeit sowie die physikalischen Eigenschaften des Strömungsfluids (Wasser, Luft oder andere Fluide) bestimmen die Abmessungen. Beispielsweise sind Rillenabstände für eine Anwendung auf Verkehrsflugzeugen mikroskopisch klein (30 bis 60 Mikrometer).
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