Vogelflug und Ornithopter

Ein Vogel im Schlagflug führt mit seinen Flügeln mehrere, sich überlagernde Bewegungen aus. Neben dem Auf- und Abschlag werden die Flügel nach vorne und hinten bewegt. Zusätzlich führen die Flügel eine Drehbewegung aus.

Die Flügelbewegung erfolgt beim Abschlag nach vorne unten und beim Aufschlag nach hinten oben. Dies widerspricht den Erwartungen, denn wäre der Schlagflug eine Art Ruderbewegung, dann müsst der Abschlag nach hinten unten erfolgen, damit der Vogel nach vorne oben beschleunigt wird.

Der Vogelflug ist jedoch viel eleganter. Durch die sich überlagernden Bewegungen wird zumindest im Dauerflug ein zumindest annähernd gleichmäßiger Auftrieb erzeugt und ein energieeffizienter Flug möglich.

Einen Eindruck von den Schlagphasen gibt der folgende Film

Phasen des Schlagfluges

Ornithopter - technische Schlagflieger

Als Ornithopter bezeichnet man Fluggeräte, die ähnlich wie Vögel mit den Flügeln schlagen, um damit Vor- und Auftrieb zu erzeugen.

Wie beispielsweise ein Tim Bird fliegt und welche Begeisterung er bei einem Bionik-Schulworkshop auslöste, zeigt das folgende Video (zum Download: 5 MB).

I-Bird im Flug
I-Bird frontal mit aufgeklappten Doppelflügeln

Warum fliegt der Tim Bird?

Die Flügel von Tim Bird bestehen aus einer flexiblen Folie, die vorne an zwei gegeneinander beweglichen Streben und hinten am Rücken des Vogels befestigt wird. Die beiden Streben sind starr. Warum kann also der Tim Bird einen realitätsnahen Flug durchführen?

Das Geheimnis liegt in der Folie. Die Folie folgt aufgrund ihres Luftwiderstandes der Auf- und Abbewegung der Streben nur verzögert. So wölbt sie sich beim Abschlag nach vorne unten und beim Aufschlag nach hinten unten – wie ein echter Vogelflügel.

Luftbewegung am schlagenden Flügel

Mit dem folgenden einfachen Experiment kann man die Luftbewegung am schlagenden Flügel sichtbar machen. Man zieht ein Vogelmodell wie den Tim Bird oder einen anderen Ornithopter auf und hält ihn im Abstand von ca. 5-10 cm vor eine Kerzenflamme. Sobald der Flatter-Mechanismus auslöst wird, kann man an der Kerzenflamme sehen, dass Luft in Richtung des Flügels gesaugt wird.

Zum Video (MPG 1,5 MB)