De vleugels van uilen inspireren ontwerpers van windmolens. Uilen vliegen vrijwel geruisloos, terwijl windmolens veel lawaai maken. Door kenmerken van de vleugels mee te nemen, vermindert het suizende geluid van de wieken.
Een van de meest gehoorde klachten over windmolens is geluidsoverlast. Het zoeven en zwiepen van de wieken door de lucht kan gekmakend zijn. Het is een suizend lawaai, dat doet denken aan het geluid van vliegtuigen en drones. Om deze geluidsoverlast te verminderen én te voldoen aan de geluidsnormen laten ontwerpers zich inspireren door de vleugels van uilen, die bijna geruisloos vliegen.
Onderzoekers van de Xi’an Jiaotong-universiteit in China hebben hierin onlangs een extra stap gezet. Ze laten in een publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Physics of Fluids zien dat het suizende geluid verder verminderd kan worden door nog meer kenmerken van de uilenvleugel over te nemen.
Nieuwe technologie onthult het verborgen leven van dinosauriërs
Van migrerende planteneters tot toegewijde ouders: paleontologen ontrafelen stukje bij beetje het gedrag van dinosauriërs.
Verreweg het grootste gedeelte van het lawaai van een windmolen ontstaat aan het uiteinde van de wieken, als die met hoge snelheid door de lucht bewegen. Het mechanische gedeelte van de windturbine zelf is niet zo luid. Het geluid dat je hoort komt van wervelingen die in de lucht ontstaan als die langs de bovenkant en onderkant van de wieken stromen.
Als die luchtwervelingen het uiteinde van de wiek bereiken, botsen ze op elkaar waarbij er energie vrijkomt in de vorm van geluid. Het is lastig om dit geluid te verminderen, vanwege de chaotische en oncontroleerbare aard van de luchtwervelingen. Om hier oplossingen voor te vinden kijken wetenschappers graag naar de natuur, waar miljoenen jaren aan evolutie tot ingenieuze aanpassingen hebben geleid.
Tijdens de vlucht van een vogel raast de lucht op een vergelijkbare manier over de vleugels. Bij de meeste vogels zorgt dat voor een hoorbaar geluid, maar bij uilen die ’s nachts jagen niet. Hun vleugels veroorzaken geen klapperend geluid, geen geritsel. Dat komt onder meer doordat de achterrand van hun vleugels ruw en rafelig zijn. Als je erop inzoomt zie je een gekartelde structuur. Door de kartels worden de wervelende luchtstromen geleidelijk samengevoegd. Hierdoor heffen de geluidsgolven elkaar gedeeltelijk op, waardoor er veel minder geluid hoorbaar is.
Geluidsgolven doven
Om het storende lawaai van windmolens te verminderen passen onderzoekers sinds een aantal jaar de techniek van de uilenvleugel al deels toe. Dat doen ze door een gekartelde rand te plaatsen op de achterkant van het uiteinde van de wieken. Deze kartelrand zorgt er, net als het verendek van de uil, voor dat de luchtwervelingen op een dusdanige manier samengevoegd worden dat de geluidsgolven elkaar uit kunnen doven. Dit zorgt voor minder geluidsoverlast. Maar de kartels werken niet altijd even goed. Hoe goed ze het geluid kunnen uitdoven, hangt af van de weersomstandigheden en de geluidsfrequentie van de luchtwervelingen.
De onderzoekers van de Xi’an Jiaotong-universiteit zoomden om de geluidshinder effectiever terug te dringen nog verder in op de vleugels van uilen. Ze schrijven dat de kartels meer op een uilenvleugel lijken als je ze niet strak driehoekig maakt, maar aan één kant een bolling geeft.
Met theoretische berekeningen en computermodellen laten de onderzoekers zien dat dergelijke gebolde kartels het geluid van roterende wieken met enkele decibellen kunnen verminderen ten opzichte van de huidige kartels. Ze benadrukken in hun publicatie dat de resultaten afhangen van de omstandigheden waarin wieken ronddraaien. Verder onderzoek en tests in windtunnels zijn dus nodig om deze bevindingen te bevestigen.
Kostenplaatje
‘Er bestaan ook andere manieren om het geluid verder te onderdrukken,” vertelt geluidsonderzoeker Francesco Avallone van de TU Delft, die niet betrokken was bij het onderzoek. Door bijvoorbeeld een kamachtige structuur tussen de kartels te plaatsen kan de luchtstroom al verder worden gecontroleerd en zijn de windmolens dus stiller. ‘Bij de ontwikkeling van dergelijke nieuwe technieken moet je er rekening mee houden dat je het risico loopt dat het te duur is om te produceren, waardoor de industrie er geen interesse in heeft.’
De uilachtige kartelranden kunnen in computermodellen dus prachtige resultaten opleveren, maar uiteindelijk moet de vermindering van geluidsoverlast nog wel praktisch en betaalbaar blijken.
