Fliegen (Fortbewegung)

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Fliegende Japanmöwe
Fliegende Rauchschwalbe

Fliegen bedeutet gemeinhin die Bewegung eines Körpers durch die Luft oder durch Gas, im weiteren Sinn auch durch luftleeren Raum. Prinzipiell gibt es zwei Flugarten: Das aerostatische Fliegen von Körpern leichter als Luft und das aerodynamische Fliegen von Flugkörpern schwerer als Luft:[1]

Daneben gibt es die ballistische Flugbahn (Artillerie, Geschoß) und die Bahn von Flugkörpern mit Rückstoßantrieb (Raketen), auch im luftleeren Raum.

Technische Flugkörper[Bearbeiten]

leichter als Luft[Bearbeiten]

Auf die Ballonfahrt oder Fahrt mit einem Starrluftschiff (Zeppelin) wird das Wort „Fliegen“ nicht angewendet, es wird statt dessen vom „Fahren“ gesprochen. Hier wird der Auftrieb durch das Traggas in Gaszellen oder durch Heißluft erzeugt.

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.

Flugfähige Tiere[Bearbeiten]

Einige Wasserlebewesen wie Fische, Pinguine und Meeressäuger sind zu Luftsprüngen befähigt, Fliegende Fische können Distanzen bis zu 400 m in der Luft per Gleitflug zurücklegen. Die meisten kletternden und laufenden Landtiere können Luftsprünge vollführen. Die meisten Landtieren sind die befähigt, auch größere Entfernungen fliegend zurückzulegen, denn die meisten adulten Insekten besitzen Flügel und stellen den Großteil der Landtiere. Unter den Reptilien waren die ausgestorbenen Flugsaurier flugfähig,[2] unter den rezenten gibt es nur einige Agamen, die zum Gleitflug befähigt sind;[3] die meisten Vögel und unter den Säugetieren sind die Gleithörnchen (begrenzt auf Gleitflug) und Fledertiere flugfähig.

Flugarten[Bearbeiten]

Bei der Ausführung des Fliegens kann unterschieden werden zwischen Gleitflug, Segelflug,Gaukelflug, Rüttelflug, Schwirrflug, Schlagflug oder Ruderflug und weiteren Flugformen.[4] Dazu kommen besondere Flugausführungen wie der Balzflug z. B. bei Bekassinen, welche nicht primär als Fortbewegung ausgeführt werden. Bei einigen Insekten dient der Flug im Schwarm zur Begattung, z. B. beim Hochzeitsflug mancher Hautflügler oder beim Schwarmtanz (englisch nuptial flight) mancher Eintagsfliegen[5][6]. Der Kompensationsflug dient der Aufrechterhaltung der Verbreitung in einem Habitat.

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“.

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.

Große 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.

Kleine 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.

Schwarmverhalten[Bearbeiten]

Durch die Bildung von Schwarm und V-Formation im Flug reduzieren Vögel den Energieaufwand, indem - schräg dahinter - nachfolgende Vögel die Auftriebszone des Randwirbels des Vorausfliegenden nutzen. 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.[7]

Flug von Pflanzensamen[Bearbeiten]

Hauptartikel: Meteorochorie
Die Samen der „Pusteblume“ sind Schirmflieger

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

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. H. Erhard: Der Flug der Tiere. In: Die Naturwissenschaften 2. Jahrgang, Heft 15, 10. April 1914, S. 46.
  2. Benjamin E. Dial, Lloyd C. Fitzpatrick: Predator escape success in tailed versus tailless Scinella lateralis (Sauria: Scincidae). In: Animal Behaviour 32, Nr. 1, 1984, S. 301–302.
  3. Masanao Honda, Hidetoshi Ota, Mari Kobayashi, Jarujin Nabhitabhata, Hoi-Sen Yong, Tsutomu Hikida: Phylogenetic relationships of the flying lizards, genus Draco (Reptilia, Agamidae). In: Zoological Science 16, Nr. 3, 1999, S. 535–549, doi:10.2108/zsj.16.535.
  4. Wildvogelhilfe: Wunderwerk Vogelflug, abgerufen 21. Juli 2014.
  5. Janet E. Harker: Swarm behaviour and mate competition in mayflies (Ephemeroptera). In: Journal of Zoology 228, Nr. 4, 1992, S. 571–587, doi:10.1111/j.1469-7998.1992.tb04456.x.
  6. K. G. Sivaramakrishnan, К. Venkataraman: Behavioural strategies of emergence, swarming, mating and imposition in mayflies. (PDF) In: Proc. Indian Acad. Sci. Band 94. Nr. 3, Juni 1985, 351–357.
  7. 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