Mit Minitornados auf in den Himmel
Wirbel über den Flügeln geben Schwalben ihre Manövrierfähigkeit
Der Gleitflug von Störchen ließ Otto Lilienthal den Traum vom Fliegen träumen. Erheblich komplexer zeigten sich niederländischen Biologen nun die Flugfähigkeiten von Schwalben. Vergleichbar mit dem Flug von Insekten bauen sich tornadoartige Verwirbelungen über der Flügelfläche aus und geben den Vögeln Auftrieb und Stabilität. Wie Schleppen reichen diese Wirbelkanäle über die Spitzen der Flügel hinaus. Flügelform und -stellung spielen dabei eine entscheidende Rolle, erklären die Forscher im Fachblatt Science (Vol. 306, S. 1960).
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"Das bisherige Verständnis des Vogelflugs muss überarbeitet werden, denn Schwalben nutzen ihre Flügel in unkonventioneller Weise, um Auftrieb und Luftwiderstand aufzubauen", berichten John. J. Videler und seine Kollegen von den Universitäten in Leiden und Groningen. Je nach Strömungsverhalten bauen sich entlang der Flügeloberkante ganze Wirbelrollen auf. Ihre schnelle Rotation erzeugt einen Unterdruck und verleiht dem Vogel mehr Auftrieb als die klassischen laminaren Strömungen. In diesen Verwirbelungen sehen die Forscher auch den Grund, warum Schwalben fast auf der Stelle schlagartig ihre Flugrichtung ändern können, ohne Stabilität während ihres Fluges einzubüßen.
Diese Auftriebs-Wirbel waren bisher nur bei Insekten bekannt. Schnelle Flügelbewegungen und Anströmungswinkel von 25 bis 45 Grad sind dabei nötig. Bei Schwalben hingegen reichen Anströmungswinkel von lediglich 5 Grad aus, zeigten nun die Messungen der Niederländer. Möglich wurden sie durch Strömungsmessungen eines Modellflügels in einem Wassertank. Die Strömungseigenschaften sind in diesem Versuch vergleichbar mit denen der Luft. Im Wasser fein verteilte Plastikkügelchen aus PVC können bei den Aufnahmen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera verfolgt werden und zeigen den Aufbau der Wirbel über dem Flügelmodell deutlich an.
In der Natur lassen sich die Auswirkungen dieser Wirbel beim Schwalbenflug gut beobachten. Beim schnellen Geradeausflug führt dieser Effekt dazu, dass die Vögel ihre Flügel enger an den stromlinienförmigen Körper anlegen. Geht es plötzlich um die Ecke, werden die Flügel fast in einem rechten Winkel zur Körperachse ausgestellt. Auch Ingenieure von Überschallflugzeugen nutzen den Effekt der Wirbelrollen oberhalb der vorderen Strömungskanten von Flugzeugen. Die Jagdflieger vom Typ "Tornado" oder "F-14 Tomcat" verändern ebenfalls ihre Flügelstellung, um auf engem Raum sicher zu manövrieren. Auch Deltaflügler wie die Concorde kommen ohne den zusätzlichen Auftrieb dieser Verwirbelungen nicht aus, da ihre Flügelfläche für den klassischen Strömungsauftrieb zu klein ist.
Mit den nun gewonnen Erkenntnissen wollen Videler und Kollegen nicht nur den Vogelflug besser verstehen, sondern auch das Flugverhalten von winzigen Flugsonden optimieren helfen. Solche ferngesteuerten Objekte interessieren vor allem die Militärs für Aufklärungszwecke in unübersichtlichem Gelände.
Jan Oliver Löfken
