Strömungsphänomene und Lagestabilität fliegender Insekten bei aerodynamisch induzierten Perturbationen

• Antragsteller: Professor Dr. Fritz-Olaf Lehmann
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 178921385

Das lokomotorische System fliegender Tiere reagiert erstaunlich robust auf aerodynamische Störungen (Perturbationen) aus der Umwelt. In Gegensatz zu terrestrischen Tieren, lösen aerodynamische Perturbationen durch Luftturbulenzen bei fliegenden Tieren jedoch signifikante Veränderungen in der flugbedingten Umströmung von Körper und Flügeln aus. Infolge der hohen Reibung mit dem umgebenden Medium und des geringen Steuerbereichs für die motorische Kontrolle, stellt der Ausgleich von Perturbationen eine Herausforderung besonders im Flug kleiner Insekten dar. Erst die Fortschritte in der Aufklärung der instationären Strömungsverhältnisse an schlagenden Insektenflügeln ermöglichen zur Zeit ein besseres Verständnis der Veränderungen von Strömungsvorgängen und Kräften bei aerodynamischen Perturbationen. Flugstabilität unter turbulenten Strömungsverhältnissen hängt neben den Eigenschaften des Strömungsfelds jedoch auch davon ab, wie das sensorische System des Tiers auf Lageveränderungen reagiert und das von den Flügeln kontrollierte Strömungsfeld reflektorisch moduliert. Das komplizierte Wechselspiel aus Körperlageveränderungen durch Turbulenzen und sensorischer Kontrolle steht dabei im Mittelpunkt aktueller Forschung in Vögeln und Insekten. Im vorliegenden Projekt sollen sowohl auf biologischer als auch auf strömungsmechanischer Ebene die Mechanismen untersucht werden, mit denen fliegende Insekten auf hoch-dynamische Perturbationen reagieren und den Körper stabilisieren. Hierfür soll die sensomotorische Reaktion des Flugsystems freifliegender Fliegen auf aerodynamische Perturbationen durch Turbulenzen untersucht und die Strömungsverhältnisse im Bereich der Flügel und des Körpers, einschließlich der Lagestabilität des Tiers, quantifiziert werden. Dieser biologisch-technische Ansatz bietet die Möglichkeit, instationäre Strömungsvorgänge und das funktionelle Design des Flugmotors eines biologischen Modellsystems (Taufliege) unter simulierten natürlichen Umweltbedingungen im Detail zu verstehen und diese Konzepte in der Zukunft für die Fortentwicklung von autonomen, biomimetischen Flugrobotern (Micro Air Vehicles, MAV) bereitzustellen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1207: Strömungsbeeinflussung in der Natur und Technik