Nature is nonlinear

Ich erinnere mich noch gut an diesen Slogan, den MSC Marc (heute Hexagon Design and Engineering Software) vor über 20 Jahren nutzte. Und er stimmt: Viele Gesetze in Natur und Technik verhalten sich nichtlinear – schwer zu modellieren, schwer vorherzusagen (und damit ein spannendes Forschungsthema 😉).

Ein Beispiel ist die 𝗔𝘂𝗳𝘁𝗿𝗶𝗲𝗯𝘀𝗽𝗼𝗹𝗮𝗿𝗲, die schon Otto Lilienthal beschrieb:

Bei konstantem Tempo steigt der Auftrieb linear mit dem Anstellwinkel (Angle of Attack, AOA). Doch ab einem kritischen Punkt reißt die Strömung ab – die Luft kann der Flügelkrümmung nicht mehr folgen, der Auftrieb bricht ein, Wirbel entstehen, die Strömung läuft sogar von hinten über den Flügel und das Flugzeug verliert schnell an Höhe.

Im Versuch macht man die Strömung an der Oberseite des Flügels sichtbar, indem man Wollfäden auf die Flügeloberfläche klebt.

Wie wichtig das Verständnis dafür ist, zeigen die Unfälle der Boeing 737 MAX in den Jahren 2018 und 2019: Sensoren haben dem Kontrollsystem fehlerhaft mitgeteilt, dass der Anstellwinkel zu gross sei. Das automatische System hat vermeintlich richtig reagiert (wie im Video) und das Flugzeug in einen Sinkflug gesteuert, dass die Strömung wieder stabil anliegt. Die Piloten konnten diesesen fehlerhaften Automatismus nicht übersteuern.

Nichtlinearität macht Technik faszinierend – und zu einer ständigen Herausforderung für Modellierung und Simulation. Denn genau dort, wo lineare Annahmen nicht mehr reichen, entstehen oft die spannendsten Erkenntnisse.