Fliegen (Fortbewegung)

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Fliegende Japanmöwe
Fliegende Rauchschwalbe

Fliegen bedeutet gemeinhin die Bewegung eines Körpers durch die Luft, durch Gas oder durch luftleeren Raum. Im Speziellen gibt es verschiedene Ausprägungen:

Flug von Luftfahrzeugen (schwerer als Luft)[Bearbeiten]

Geschichte[Bearbeiten]

Hauptartikel: Geschichte der Luftfahrt
Entwürfe von Leonardo da Vinci für einen Flugapparat, Kodex über den Vogelflug, 1505
Otto Lilienthal während eines Gleitflugs
Orville Wright fliegt mit dem Motorflugzeug „Kitty Hawk“

Fliegen können „wie die Vögel“ war seit altersher ein Menschheitstraum. So ist aus der antiken griechischen Mythologie die Sage von Dädalos und Ikarus überliefert, die sich mittels selbst hergestellter Flügel vogelgleich durch die Luft bewegten. Schon in dieser antiken Sage wird technische Unkenntnis und übermütige Vernachlässigung von Sicherheitsvorkehrungen als menschliches Risiko beim Fliegen thematisiert (Ikarus missachtet, dass die von seinem Vater Dädalos mittels Wachs und Vogelfedern hergestellten Flügel beim Annähern an die Sonne schmelzen, und verunglückt tödlich).

In der Realität war es Menschen ohne Kenntnis der physikalischen Grundlagen des aerodynamischen Fluges zunächst nur möglich, sich mit bemannten Flugdrachen in der Luft zu bewegen oder mit meist phantasievoll gebauten Apparaten allenfalls durch Zufall in eine kurzfristige Auftriebsphase zu gelangen, ohne diese längere Zeit fliegend nutzen zu können (vgl. Albrecht Ludwig Berblinger). Laut einer islamischen Chronik hat der Gelehrte Abbas Ibn Firnas als erster Mensch einen (mit Geierfedern versehenen) Hängegleiter entwickelt und im Jahr 875 einen Flugversuch unternommen. Allerdings soll er sich bei der raschen Landung infolge eines Strömungsabrisses beide Beine gebrochen haben.

Obwohl die biologischen Vorbilder, Vögel, Fledermäuse und Insekten, sich seit Millionen von Jahren flügelschlagend fortbewegen (Schlagflug), hat der Mensch lange gebraucht, um die Mechanismen des Flügelschlags vollständig enträtseln und technisch umsetzen zu können. Erst im Jahre 2011 ist dieses mit dem SmartBird gelungen. Die Anwendung und Dokumentation von empirisch-wissenschaftlichen Methoden (Leonardo da Vinci, George Cayley) brachte erstmals verwertbare Erkenntnisse und Anregungen für die empirische Flugerforschung. Allerdings führte diese wissenschaftliche Empirie erst im 19. Jahrhundert zu erfolgreichen Tests mit flugfähigen Apparaten, die – zunächst im Gleitflug – geeignet waren, das Gewicht eines Menschen zu tragen (Otto Lilienthal, vgl. George Cayley sowie Albrecht Ludwig Berblinger).

Längere Flugstrecken mit einem steuerbaren Flugzeug zurückzulegen gelang erst mit der Nutzung motorisierter Starrflügel-Flugzeuge Anfang des 20. Jahrhunderts. Die Gebrüder Wright legten mit ihren erfolgreichen Motorflügen den technischen Grundstein für eine rasante Entwicklung in der Geschichte der Luftfahrt, die bis heute fortdauert. Erst die bei der Entwicklung moderner motorisierter Flugzeuge gewonnenen Erkenntnisse haben den Bau funktionstüchtiger muskelkraftbetriebener Flugzeuge ermöglicht. Der Hubschrauberflug unterliegt den gleichen aerodynamischen Prinzipien wie der Flugzeugflug, wobei allerdings die Vertikalbewegung durch sich drehende Tragflächen (Rotoren) bewirkt wird.

Physikalische Grundlagen[Bearbeiten]

Hauptartikel: Dynamischer Auftrieb

Die Funktion der Tragfläche ist die Erzeugung von dynamischem Auftrieb. Dies geschieht durch Beeinflussung der Luftströmung mittels einer geeigneten Form und Stellung des Flügels zur Strömung. Mit zunehmender Geschwindigkeit ergibt sich auf der Tragflächenoberseite infolge der größeren Strömungsgeschwindigkeit durch den Bernoulli-Effekt ein Unterdruck. Wenn die diesem Unterdruck entsprechende Auftriebskraft so groß wie das Gewicht des Flugzeug ist, kann es sich fliegend in der Luft halten.

Die Größe der Auftriebskraft ist abhängig von Geschwindigkeit, Anstellwinkel und Tragflächengeometrie. Während sich die Geschwindigkeit mit der Antriebsleistung und durch Änderung der Flughöhe ändert, kann der Anstellwinkel mit dem Höhenruder verändert werden. Selbst die Tragflächengeometrie ist während des Fluges veränderbar, z. B. mit Hilfe der Landeklappen. Die Vorwärtsbewegung wird (mit Ausnahme von Segel- und Gleitflugzeugen) mit Motorleistung aufrechterhalten. Teils geschieht dies mit Hilfe von Flugmotoren, die einen oder mehrere Propeller antreiben, teils mittels Strahltriebwerken, manchmal in Kombination (Turbopropantrieb).

Flugmanöver sind Einwirkungen auf den Flug durch den Piloten. Hierzu zählen Steig- und Sinkflug, im Gegensatz zum Reise- oder Horizontalflug.

Vogelflug[Bearbeiten]

Zeichnung Lilienthals in seinem Buch Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst

Der Flug eines Vogels unterliegt beim Auftrieb den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie ein Tragflächenflugzeug. Das kinetische Wirkprinzip besteht jedoch aus einer komplexen Bewegung der Flügel. Auftrieb wird wesentlich durch die Flügelform, Vortrieb durch Auf- und Abschlag der Flügel bewirkt. Ähnlich wie bei einem Flugzeug mit Propeller, dessen Rotorblätter letztlich senkrechte Tragflächen darstellen, wird die für den Vortrieb nötige vertikale Luftströmung dadurch erzeugt, dass die sogenannten Handbereiche an den Flügelenden beim Abschlag mit der Vorderkante nach vorne unten gedreht werden, beim Aufschlag zeigt die Vorderkante des Handbereiches nach oben. Die Vorwärtsbewegung kann aber auch ohne Flügelschlag dadurch bewirkt werden, dass der Vogel im Gleitflug sein Eigengewicht (potentielle Energie der Ausgangshöhe) als Schub nutzt. Ein Versuch, die Leistungsfähigkeit verschiedener Vogelarten auf der Grundlage des Verhältnisses der Länge der Handschwingen zur gesamten Flügellänge zu bestimmen, ist der Handflügelindex.

Interessant ist, dass die Flügelschlagfrequenz von Zugvögeln während des über lange Strecken führenden Vogelzugs, z. B. über die Sahara, nicht die gleiche ist wie beim Kurzstreckenfliegen in ihrer jeweiligen Zielregion. Beim „Alltagsfliegen“ ist ihre Flügelschlagfrequenz höher, da sie sich möglichst schnell fortbewegen wollen. Während des Vogelzugs teilen sie ihre Kräfte besser ein, da eine geringere Flügelschlagfrequenz weniger Energieaufwand bedeutet. Dies hat unter Ornithologen einige Zeit lang zu Verwirrung geführt, als sie versuchten, mit Radargeräten fliegende Vögel auf dem Vogelzug anhand der Schlagfrequenz zu bestimmen.

Der Flug großer Vögel[Bearbeiten]

Reihenaufnahme eines Adlerflugs

Der energie- und kraftsparende Gleit- und Segelflug ist besonders bei großen Vögeln zu beobachten. Ihr Flug galt lange Zeit als ein großes (unentdecktes) Geheimnis. Es gibt eine Reihe natürlicher Ursachen, die den Antrieb beim Segelflug entbehrlich machen: Aufwinde an Berghängen, erwärmte und daher aufsteigende Luftmassen (Thermik) oder die Böigkeit des Windes (dynamischer Segelflug). Greifvögel können auf ihren Beuteflügen innerhalb ihres ausgedehnten Jagdreviers große Strecken zurücklegen, teilweise mehr als hundert Kilometer pro Tag. Der Albatros mit Spannweiten von bis zu 3,5 Meter ist in der Lage, sich im Seewind stundenlang fast regungslos in der Luft zu halten. Einige Vögel beherrschen außerdem den Rüttelflug, bei dem sie sich fliegend auf der Stelle halten.

Der Flug kleiner Vögel[Bearbeiten]

Kleine Vögel können sich zumeist sowohl im Segel- als auch im Ruderflug fortbewegen. Der sehr kleine Kolibri beherrscht als einer der wenigen Vögel darüber hinaus den Schwirrflug, dabei fliegt er mit einer sehr hohen Frequenz von bis zu 80 Flügelschlägen pro Sekunde. Diese Technik ermöglicht, auch rückwärts oder seitwärts zu fliegen oder in der Luft stehen zu bleiben, ähnlich den Insekten.

Schwarm[Bearbeiten]

Durch die Bildung von Schwarm und V-Formation im Flug reduzieren Vögel den Energieaufwand, indem - schräg dahinter - nachfolgende Vögel in der Aufwärtszone des "Randwirbels" des Vorausfliegenden fliegen. Bei großen Vögeln könnte darüber hinaus noch eine Synchronisation des Flügelschlags in V-Formation vorteilhaft sein.

Technischer Nachbau[Bearbeiten]

Eine Robotermöwe die über einen aktiven Gelenktorsionsantrieb komplett den Vogelflug nachvollzieht und sich damit von einfachen Schlagflügelapparaten unterscheidet, stellte 2011 erstmals der Automatisierungshersteller Festo auf der Hannover Messe vor. Festos SmartBird kann dabei selber starten und landen und erzeugt seinen Auftrieb wie Vorschub nur mit den Flügeln.[1]

Insektenflug[Bearbeiten]

Hauptartikel: Insektenflug

Insekten nutzen verschiedene Techniken, um zu fliegen. Abhängig von der Größe des Insekts und seiner Fluggeschwindigkeit ist die Luft für das Insekt unterschiedlich „zäh“. Besonders kleine Insekten „schwimmen“ daher in der Luft, die für sie aufgrund ihrer Größe und Fluggeschwindigkeit ähnlich zäh wirkt wie Wasser. Ihre Flügel sind daher nicht aerodynamisch geformt, sondern ähneln eher einem schnell rotierenden „Paddel“.

Flug von Pflanzensamen[Bearbeiten]

Hauptartikel: Meteorochorie
Die Samen der „Pusteblume“ sind Schirmflieger

Die Pflanzensamen der sogenannten Windflieger sind mit Einrichtungen zum passiven Fliegen ausgestattet.

Quellen[Bearbeiten]

  1. http://www.trendsderzukunft.de/ferngesteuerte-vogel-roboter-smartbird-im-trend/2011/03/28/

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • David E. Alexander: Nature's flyers – birds, insects, and the biomechanics of flight. Johns Hopkins University Press, Baltimore 2002, ISBN 0-8018-6756-8.
  • Peter Almond: Fliegen – Geschichte der Luftfahrt in Bildern. Aus dem Englischen übersetzt von Manfred Allié. DuMont Monte, Köln 2003, ISBN 3-8320-8806-7.
  • Naomi Kato, Shinji Kamimura : Bio-mechanisms of swimming and flying. Springer, Tokyo 2008, ISBN 978-4-431-73379-9.
  • Konrad Lorenz: Der Vogelflug. Neske, Pfullingen 1965.
  • Henk Tennekes: The simple science of flight – from insects to jumbo jets. MIT Press, Cambridge 2000, ISBN 0-262-20105-4.

Weblinks[Bearbeiten]

 Wikiquote: Fliegen – Zitate