OstrALas – Optimierung der strömungsmechanischen Auslegung von Energiemaschinen durch Einsatz von Hochrate-Laserstrukturierungstechnologien – Mittweida

Das Pilotvorhaben

Mikrostrukturen nach dem Vorbild der Haifischhaut können Energieverluste an umströmten Oberflächen minimieren. Im Vorhaben werden Lösungen entwickelt, um geeignete Strukturen, sogenannte Riblets, mit Hilfe von Laserstrahlung schnell und großflächig herzustellen.

Die Ziele

Auf Basis der lasergestützten Oberflächenmikrostrukturierung sollen anwendungsnahe neue Methoden zur Optimierung der strömungsmechanischen Auslegung von Energiemaschinen (z.B. Windkraftanlagen oder Gasturbinen) oder von strömungsausgesetzten Bauteilen (z.B. Bahn-, Flugzeug- oder Schiffsrümpfe) erarbeitet werden. In diesem Zusammenhang müssen praxistaugliche Strukturformen von Riblets ermittelt und deren strömungsoptimierende Wirksamkeit nachgewiesen werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Forschungsarbeiten ist es, Prozessraten zu demonstrieren, die den kommerziellen Einsatz des Verfahrens im industriellen Maßstab ermöglichen sollen.

Die zu erwartenden innovativen Erkenntnisse sollen wertvolle Beiträge für die Themengebiete Energieeffizienz und Ressourcenschonung liefern.

Die thematischen Schwerpunkte

  • Simulation und Berechnung von strömungsoptimierenden Mikrostrukturen (Riblets)

Die Form und Größe der Riblets ist von vielen Einflussfaktoren, wie beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit oder der Viskosität des umströmenden Mediums, abhängig. Diesbezüglich müssen komplexe Simulationsmodelle entwickelt werden, um je nach Anwendungsfall die optimale Riblet-Geometrie berechnen zu können.

  • Entwicklung von Prozesstechnik und Ermittlung von Verfahrensparametern

Nur mit dem Einsatz von Hochleistungs-Lasersystemtechnik und geeigneten Verfahrensparametern lassen sich die strömungsoptimierenden Mikrostrukturen schnell und großflächig, aber dennoch präzise herstellen. All diese Anforderungen erfüllen zu können, ist Gegenstand der Forschungsarbeiten.

  • Laserbasierte Herstellung der Riblets und Nachweis der strömungsoptimierenden Wirksamkeit

Durch Messungen im Windkanal wird die strömungsoptimierende Wirksamkeit der laserbearbeiteten Oberflächen überprüft bzw. nachgewiesen.

  • Herstellung von Demonstratoren

Anhand von unterschiedlichen Demonstratoren sollen die Anwendungsvielfalt der lasergenerierten Riblets und die Leistungsfähigkeit des Herstellungsverfahrens präsentiert werden.

Die Partner

Hochschule Mittweida
Laserinstitut Hochschule Mittweida

Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth
Institut für Energie- und Verfahrenstechnik

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Udo Löschner
Hochschule Mittweida
Fakultät Ingenieurwissenschaften
Technikumplatz 17
09648 Mittweida
Tel.: +49 (0) 3727 / 58-1336
Fax: +49 (0) 3727 / 58-21336
E-Mail: udo.loeschner[at]hs-mittweida.de