Aerodynamik des Insektenfluges in turbulenter Umgebung

• Antragsteller: Professor Dr. Fritz-Olaf Lehmann; Professor Dr. Jörn Lothar Sesterhenn
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284179552

Die Aerodynamik fliegender Insekten steht derzeit im Fokus diverser Forschungsanstrengungen. Die Grundlagen des Insektenflugs wurden zunächst unter der Annahme ruhender und ungestörter Umgebungsluft erforscht. Tatsächlich sind die natürlichen Habitate die Insekten bevölkern in aller Regel turbulent, wir wissen jedoch wenig darüber, wie der Insektenflug auch unter den turbulenten Bedingungen windiger Tage möglich ist. Für künstliche Flugmaschinen, die zur Beobachtung von gefährlichem Terrain eingesetzt werden ist es gleichfalls wichtig auch unter schwierigen Bedingungen fliegen zu können. In diesem Projekt wir die Interaktion von Insekten mit Turbulenz aus den einander ergänzenden Perspektiven der experimentellen Biologie und numerischer Strömungsmechanik untersucht. Wir definieren einen Satz von turbulenten Modellströmungen, in dem die Energieverteilung auf den Skalen turbulenter Bewegung systematisch variiert wird, und stellen somit sicher, dass Experiment und Numerik dieselben statistischen Strömungsbedingungen zu Grunde legen. Die Elastizität der Flügel wird ebenfalls im Blickpunkt stehen. Ein Modell für elastische Flügel wird vorgeschlagen, welches die realen Eigenschaften der Flügel möglichst genau nachbildet. Die elastischen Charakteristiken werden in einem experimentellen Apparat gemessen. Die biologischen Experimente tragen der kompletten Komplexität der Tiere Rechnung, inklusive des Gehirns und sensorischen Apparates, sowie den daraus resultierenden Änderungen in der Kinematik des Flügelschlages. Numerische Simulationen erlauben diese Komplexität zu reduzieren und so das Studium isolierter Effekte. Wir kombinieren Experimente von fixierten und frei fliegenden Insekten auf der einen Seite, und numerische Simulationen derselben mit elastischen und starren Flügeln auf der anderen. Damit können folgende Fragen studiert werden: (i) Welchen Einfluss, welche Vor- und Nachteile hat die Turbulenz für die Aerodynamik von Insekten? (ii) Wie verändert sich der Energieverbrauch mit flexiblen und starren Flügeln? (iii) Welche Verhaltensmuster legen Insekten an den Tag, um mit den turbulenten Störungen zurecht zu kommen? Diese Fragen sind von Bedeutung sowohl in der Grundlagen als auch der angewandten Forschung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Marie Farge; Professor Dr. Kai Schneider