Leisere Windräder nach dem Vorbild von Eulen

Xi’an (China) - Schleiereulen gleiten auf ihren Beuteflügen nahezu lautlos durch die Nachtluft. Verantwortlich dafür sind ihre aufgefächerten Schwingen, die der Vogel permanent neu ausrichten kann. Von diesem Vorbild in der Natur inspiriert, analysierten nun chinesische Wissenschaftler Luftströmung und Geräuschentwicklung an verschiedenen Fächerstrukturen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Physics of Fluids“ berichten, könnten auf der Grundlage ihrer Ergebnisse Rotorflügel von Windkraftanlagen für einen noch leiseren Betrieb entwickelt werden.

„Heute ist das Design von Rotorblättern schon weit gereift, doch die Reduzierung von Lärm ist immer noch eine Herausforderung“, sagt Xiaomin Liu von der Xi’an Jiaotong University. Zusammen mit seinem Kollegen Lei Wang simulierte er im Computer die mehr oder weniger turbulenten Luftströmungen von angeströmten Flügel. Dabei untersuchten sie verschiedene, wenige Zentimeter große Fächerstrukturen an der Hinterkante der Flügel. Je weniger turbulente Strömungen dort auftraten und je gleichmäßiger die Luftströmung war, desto weniger Geräuschentwicklung war zu erwarten.

Ihre Analyse lieferte ein überraschendes Ergebnis: Gleichmäßige Fächerstrukturen mit einer symmetrischen Zackenform können Wirbel und Geräuschentwicklung schon etwas reduzieren. Diese Fächerstrukturen – auch Serrations genannt – werden heute schon bei Windkraftanlagen angewendet. Doch deutlich besser als diese symmetrische Fächerform wirkten sich asymmetrische Strukturen, bei der eine Kante der Zacken gewölbt und die andere exakt gerade geformt waren. Diese asymmetrischen Fächer reduzierten die Geräusche um 5,47 Dezibel und damit um 3,68 Dezibel stärker als symmetrisch strukturierte Fächer.

Trotz der geringen Dezibelwerte kann dieser Unterschied durchaus relevant sein, da eine Steigerung von zehn Dezibel in etwa einer Verdoppelung der vom Menschen wahrgenommene Lautstärke entspricht. Nun schlagen Liu und Wang vor, das Design der Hinterkanten von Rotorblättern noch einmal zu optimieren, um die Lärmentwicklung von Windkraftanlagen weiter zu reduzieren. Gerade beim angestrebten Ausbau der Windkraft in Deutschland auf bis zu zwei Prozent der Fläche könnten solche Verbesserungen die Akzeptanz der Windkraft in der Bevölkerung weiter sichern.