Robert Klatt
Optimierte Fächerstrukturen können die Geräuschentwicklung von Windkraftanlagen deutlich reduzieren. Als Vorbild dienten den Forschern die Flügel von Schleiereulen.
Shanghai (China). Schleiereulen können sich dank ihrer aufgefächerten Schwingen, die die Raubvögel permanent neu ausrichten, nahezu ohne Geräusche bei ihren Beuteflügen durch die Nacht bewegen. Wissenschaftler der Xi’an Jiaotong University haben auf Basis dieses Vorbilds aus der Natur nun die Geräuschentwicklung und Luftströmung unterschiedlicher Fächerstrukturen analysiert.
Sie konnten laut ihrer Publikation im Fachmagazin Physics of Fluids damit die Grundlage für neue Rotorflügel legen, die einen leiseren Betrieb von Windkraftanlagen ermöglichen sollen. „Heute ist das Design von Rotorblättern schon weit gereift, doch die Reduzierung von Lärm ist immer noch eine Herausforderung“, erklärt Xiaomin Liu.
Um die Rotorblätter noch leiser zu machen, analysierten die Forscher unterschiedliche Fächerstrukturen an der Hinterkante der Flügel von Schleiereulen. Sie stellten dabei fest, dass die Geräuschentwicklung abnimmt, wenn die dort ankommende Luftströmung weniger turbulent und gleichmäßig ist.
Laut ihrer Analyse kann eine gleichmäßige Fächerstruktur mit einer symmetrischen Zackenform die Geräusch- und Wirbelentwicklung leicht reduzieren. Moderne Windkraftanlagen nutzen diese auch als Serrations bezeichneten Fächerstrukturen bereits.
Deutlich stärker als diese symmetrische Fächerformen reduzieren laut der Studie jedoch asymmetrische Strukturen die Geräusche, wenn bei ihnen eine Kante der Zacken gewölbt ist und die andere Kante exakt gerade verläuft. In einem Sägezahnmuster konnten diese asymmetrischen Fächer die Geräusche um 5,47 Dezibel reduzieren. Die symmetrisch strukturierten Fächer reduzierten die Geräusche hingegen nur um 3,68 Dezibel.
Obwohl die Dezibelwerte sich nur geringfügig voneinander unterscheiden, ist die Reduzierung des Lärmpegels in der Praxis relevant. Als Vergleich kann man eine Steigerung von zehn Dezibel betrachten, die dazu führt, dass der Menschen die wahrgenommene Lautstärke als doppelt so laut empfindet. Die Wissenschaftler wollen nun die Serrations sowie das Design der Hinterkanten der Rotoren weiter optimieren, um die Lärmentwicklung zu minimieren.
Physics of Fluids, doi: 10.1063/5.0076272
