Strömungskontrolle in Kleinstinsekten: Prinzipien aerodynamischer Fortbewegung bei extrem kleinen Reynoldszahlen

• Antragsteller: Professor Dr. Fritz-Olaf Lehmann
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Mathematik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277483007

Strömungsmechanische Prozesse sind ein Schlüssel für das Verständnis der Fortbewegung fliegender und schwimmender Tiere. Die Aufklärung von außergewöhnlichen aerodynamischen Prinzipien an Flügeln von Insekten und Vögeln hat diesbezüglich in den letzten Jahren neue Perspektiven im Bereich der biologischen Strömungsmechanik eröffnet. Der überwiegende Anteil früherer Studien betrachtete hierfür Tierflügel als einfache, flache, meistens rigide Platten, die Strömungen bei Reynoldszahlen zwischen 200 und 10000 erzeugen. Die Fortbewegung von Insekten mit Flügelgrößen unterhalb eines Millimeters und Reynoldszahlen unterhalb von 10 blieben unberücksichtigt, da deren Antrieb eher hydro- als aerodynamischen Prinzipien folgt. Im Vergleich zu konventionellen Tierflügeln, ersetzen bei Kleinstinsekten lange Borsten die feste Flügelmembran. Die aerodynamischen Konsequenzen dieser Modifikation sind weitgehend ungeklärt und eröffnen Raum für neue Forschungskonzepte. Das geplante, integrative und experimentelle Vorhaben soll die Lücke im Verständnis zwischen hydro- und aerodynamischer Antriebsprinzipien bei Insekten schließen. Hierfür sind Messungen der Flugkraft und Flügelkinematik an fliegenden Kleinstinsekten, als auch eine physikalische Modellierung des Antriebs mittels robotischer Flügel geplant. Die Quantifizierung der Kenngrößen erfolgt im Wesentlichen mittels Hochgeschwindigkeitsvideo und Zeit aufgelösten, laser-basierten Strömungsmessungen. Die Ergebnisse des Projekts eröffnen präzise Einsichten in viskose Strömungsprozesse und Antriebswirkungsgrade gefiederter Flügel kleiner Organismen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Doppelpuls PIV - Laser
• Gerätegruppe: 8860 Geschwindigkeitsmeßgeräte (außer 047, 053, 192 und 244)