Ornithopter

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Schwingflüglerversuch von 1902

Ein Ornithopter (von altgr. ὄρνιθος πτερόν, dtsch. Vogelflügel) ist ein Flugzeug, das Vortrieb durch Bewegung der Tragflächen erzeugt. Es fliegt im Schlagflug. Eine Bedeutung hat der Ornithopter bisher nur im Bereich des Experimental- und Modellflugs erlangt. In den Anfängen der bemannten Luftfahrt wurden mit diesem Prinzip Flugversuche durchgeführt. Diese blieben jedoch erfolglos.

Geschichte[Bearbeiten]

„Kleiner Schlagflügelapparat“ von Otto Lilienthal, 1894, in der motorlosen Flugerprobung

Vor ca. 500 Jahren erforschte Leonardo da Vinci die Flugweise der Vögel. Dabei zeichnete er den ersten überlieferten Entwurf eines Ornithopters. Erste erfolgreiche Ornithopter-Modelle demonstrierte der Franzose Gustave Trouvé im Jahr 1870 vor der Französischen Akademie der Wissenschaften. Andere Versuche sind von seinen Landsleuten Alphonse Penaud, Hureau de Villeneuve und Victor Tatin bekannt geworden. Um 1890 baute Lawrence Hargrave verschiedene Ornithopter-Modelle, angetrieben durch Dampf und Pressluft. Dabei kombinierte er kleine Schlagflügel mit einem größeren starren Flügel. Das gleiche Prinzip verfolgte Otto Lilienthal nach der Verwirklichung des Gleitfluges zur Weiterentwicklung seiner Flugleistungen. Dazu erprobte er leichte Kohlensäuremotoren. Sehr bekannt wurden auch die in den 1940er Jahren gebauten, frei fliegenden Vogelmodelle des deutschen Biologen Erich von Holst.

Die Technische Universität Delft erforscht im Programm DelFly[1] kleine Ornithopter mit Kameras.

Die Firma Festo stellte auf der Hannover Messe 2011 mit dem SmartBird ein die Flugmechanik der Silbermöwe adaptierendes frei fliegendes Modell mit einer Flügelspannweite von zwei Metern vor. 2013 folgte der BionicOpter, eine auf dem Flügelschlag der Libelle basierende Entwicklung eines Fluggerätes.[2]

Ende 2013 stellten Mathematiker der New York University ein ultraleichtes Modell-Fluggerät vor, dass die Fortbewegung von Quallen imitiert, der erste Ornithopter, welcher ohne Regelung und aerodynamische Stabilisierung auskommt.[3]

Flugzeug und Flügelschlag[Bearbeiten]

Ein wesentlicher Schritt auf dem Weg vom Vogelflug zur Flugmaschine, dem heutigen Flugzeug, bestand in der gedanklichen und technischen Trennung der Funktionen Auftrieb und Antrieb des Flügels. Dieser Schritt wird George Cayley zugeschrieben. Die Erforschung des Auftriebs durch Otto Lilienthal und andere führte zunächst zum motorlosen Flug, die Entwicklung geeigneter Antriebe zunächst zum Propeller (Gebrüder Wright). Als dritte Funktion übernimmt der Vogelflügel zum wesentlichen Teil die Steuerung des Fluges, wofür die Technik ebenfalls unabhängige Baugruppen oder Prinzipien entwickelte (Schwerkraftsteuerung, 3-Achssteuerung).

Wirkprinzip[Bearbeiten]

Ein von der Firma WowWee hergestellter ferngesteuerter Ornithopter
Entwurf eines Schwingflügel-Flugzeugs von Leonardo da Vinci, Briefmarke der DDR von 1990

Um einen Ornithopter zum Fliegen zu bringen, ist es notwendig, komplexe Bewegungsabläufe zu realisieren. Das Wirkprinzip ist eine gekoppelte Schlag-, Dreh- und Längsbewegung. Auftrieb und Vortrieb werden beim Ornithopter durch Auf- und Abschlag der Flügel erzeugt. Dabei kommt dem sogenannten Handbereich der Flügel eine besondere Bedeutung zu: Die Handbereiche werden beim Abschlag mit der Vorderkante nach vorne unten gedreht, beim Aufschlag zeigt die Vorderkante des Handbereiches nach oben. Damit hat der Handbereich der Flügel eine Funktion ähnlich einem Propeller. Das zusätzliche Anlegen der Flügel beim Aufschlag verkürzt den Hebelarm und minimiert auch das Schwingen des Rumpfes.

Nach neueren Forschungen kommt neben der aktiven Flügelbewegung den elastischen Eigenschaften des Flügels eine große Bedeutung zu [4].

Erwähnenswertes[Bearbeiten]

Bekannt wurde der Ornithopter auch durch den Science-Fiction-Romanzyklus Dune von Frank Herbert, in dem diese Flugtechnik eingesetzt wird.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. DelFly.nl (engl./ned.) Beschreibung, Fotos und Videos
  2. Firmenpräsentation, Demonstationsfilm, BionicOpter Firmendokumentation Festo AG & Co. KG 4/2013 (PDF; 1,3 MB)
  3. Deutschlandfunk, Forschung Aktuell, 15. Januar 2014: deutschlandfunk.de: Forscher bauen eine fliegende Qualle
  4. Forschung rund um das Thema „bewegte Tragflächen“

Literatur[Bearbeiten]

  • Helmut Braun: Aufstieg und Niedergang der Luftschifffahrt – Eine wirtschaftshistorische Analyse. eurotrans-Verlag, Regensburg 2007, ISBN 3-936400-22-9, S. 78 ff.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Ornithopters – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Ornithopter – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen