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Riblets ist eine Oberflächengeometrie, die eine Verminderung des Reibungswiderstands auf turbulent überströmten Oberflächen bewirken. Es handelt sich bei dieser Oberflächengeometrie um feine Rippen, die eine sehr scharfe Spitze haben. Die Längsachse der Rippen liegt dabei in Strömungsrichtung. Die Bezeichnung ist aus dem englischen Wort für Rippel entlehnt.

Derartige Riblets wurden auf den Schuppen schnell schwimmender Haie gefunden.

HintergrundBearbeiten

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. Sie weisen in der Regel höhere Reibungsverluste auf als laminare Strömungen, was sich durch Impulstransport quer zur Hauptströmungsrichtung in der (hydrodynamischen) Grenzschicht erklären lässt. Die Strömung unmittelbar an der überströmten Oberfläche wird durch Wirbelstrukturen dominiert, die energiereiches Fluid an die Wandoberfläche transportieren und dadurch eine erhöhte Wandreibung verursachen.

 
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.

AnwendungsbereichBearbeiten

Um den Widerstand eines Fahrzeuges mit einer Rillenoberfläche wirksam zu vermindern, muss der Anteil der Wandreibung am Strömungswiderstand groß sein. Dieser Anteil liegt bei Rohrleitungen bei 100 %, bei Fahrzeugen wie Flugzeugen, Schiffen und U-Booten jedoch darunter. Bei Kraftfahrzeugen dominieren Turbulenzen den aerodynamischen Gesamtwiderstand.

Eine derartige Oberfläche wird entweder durch Aufkleben entsprechend gerippter Riblet-Folien oder durch Lackierung (mit Einprägung der Struktur vor der Lackhärtung mit UV-Licht) zustande gebracht.

Die Nutzung kleinen Rippen wurde seit Beginn der 1980er Jahre mit dem Ziel untersucht und optimiert, den Treibstoffverbrauch von Langstreckenflugzeugen zu vermindern. Die Abmessungen dieser feinen, parallel zur Strömungsrichtung angeordneten Rillen hängen ab von der Geschwindigkeit und der Viskosität des Mediums ab. Für Verkehrsflugzeuge ergeben sich Abstände zwischen 30 µm und 60 µm.

WeblinksBearbeiten