Schlagflug
Der Schlagflug, auch Ruderflug, Kraftflug oder Flatterflug, ist eine Flugtechnik, die von Vögeln und Fledertieren verwendet wird. Jedes Auffliegen vom Erdboden oder von der Wasseroberfläche erfordert die Beherrschung dieser Flugtechnik. Durch abwechselndes Auf- und Abschlagen der Flügel wird dabei gleichzeitig Vortrieb und dynamischer Auftrieb erzeugt, hauptsächlich indem der Anstellwinkel der Arm- und Handteile des Flügels bei Auf- und Abschlag verändert wird.
Als dritte Gruppe der Wirbeltiere verwendeten die Flugsaurier diese Art zu fliegen. Die Evolution dieser Flugtechnik bei den Insekten und den drei Wirbeltiergruppen ist unabhängig voneinander (konvergent) erfolgt. Weitere fliegende Formen findet man in allen fünf Wirbeltierklassen, bei denen die Mehrheit jedoch lediglich zu passivem Gleitflug mit einer Flughaut befähigt ist. Insekten nutzen zwar auch schlagende Flügel. Durch die sehr viel kleineren Abmessungen und damit verbundener kleinerer Reynoldszahl unterscheidet sich der Insektenflug jedoch deutlich vom Schlagflug der Vögel und Fledertiere.
Der Versuch zur technischen Nachahmung des Schlagfluges stand auch am Anfang der Flugtechnik (Ornithopter). Der erfolgreiche Bau von Schwingenflugzeugen ist bisher nur im Experimental- und Modellflug gelungen. In diesem Bereich wird oft die Bezeichnung Schwingenflug bevorzugt.
Vögel
Der Schlagflug wird in zwei Phasen unterteilt:
- Niederschlag (Abschlag): Dabei werden die Flügel mit großer Kraft nach unten-vorne geschlagen. Die Armschwingen nahe am Rumpf sorgen dabei für den Großteil des Auftriebs. Die Handschwingen erzeugen durch eine schnell abwärts schwenkende Bewegung den Vortrieb. Die Handschwingen sind weitgehend geschlossen. Der Niederschlag ist die hauptsächlich für Auftrieb und Vortrieb verantwortliche Flügelbewegung.
- Aufschlag: Arm- und Handflügel werden angewinkelt nach hinten-oben geführt. Die Handschwinge schwenkt dabei so, dass ihr Profil einen kleinen Anstellwinkel zur anströmenden Luft bildet. Bei kleineren Vögeln werden die äußeren Handschwingen während dieser Aufwärtsbewegung jalousieartig aufgelockert und die Flügel fast vollständig eingefaltet und dicht am Körper nach hinten-oben geführt, wo das Entfalten der Flügel erfolgt. Dabei fällt der Auftrieb während der Aufschlagphase weg, was durch eine raschere Folge der Flügelschläge ausgeglichen wird.
Der Flügelschlag umschließt also eine von hinten oben nach vorn unten weisende Ellipse. Dabei führen die Handschwingen eine größere Bahn (Winkel) aus als der Arm. Stetig ändert sich die Stellung und die Form des Flügels. Beim Abschlag weist die Vorderkante nach schräg unten, beim Aufschlag nach schräg oben. Durch den Flügelschlag wird eine zur Schlagrichtung entgegengesetzte Kraft erzeugt. Schlagwind und Fahrtwind ergibt den kräftewirksamen Anblaswind. Durch die geänderte Flügelstellung beim Auf- und Abschlag kann dieser so angreifen, dass in beiden Schlagphasen Auftrieb erzeugt wird, wobei der Aufschlag einen deutlich kleineren Auftrieb bewirkt. Der Vogelkörper (Rumpf) macht immer eine Gegenbewegung zu den Flügeln.
Der Schlagflug vergrößert den Energieumsatz eines Vogels abhängig von seiner Größe auf bis das Zwanzigfache des Grundumsatzes. Deshalb streuen viele Vögel zur Erholung längere Gleitphasen während des Ruderflugs ein. Zudem haben größere und schwerere Vogelarten beispielsweise mit dem Segelflug kraftsparendere Flugmethoden entwickelt, um größere Strecken zurückzulegen.
| Flügelschlag pro Minute | Fluggeschwindigkeit (km/h) | |
|---|---|---|
| Sperling | 630 | 42 |
| Turmfalke | 300 | 75 |
| Mauersegler | 710 | 130 |
Der Ruderflug ist die häufigste aktive Flugart der Vögel.
Fledertiere
Der Flügelniederschlag entspricht vom Prinzip her dem der Vögel. In der Aufschlagsphase werden jedoch Ober- und Unterarm gebeugt und an den Körper herangezogen, wodurch sich der Flügel verkürzt. Hierbei verformt sich der Handflügel kaum, die Führungskante des Flügels bleibt gerade. Eine Bewegung wie bei Vögeln ist nicht möglich, da sich sonst die Flugmembran aufblähen und Widerstand erzeugen würde.
Technische Nachbildung des Schlagfluges
Die ersten Versuche durch Leonardo da Vinci ein technisches Flugobjekt zu konstruieren orientieren sich am Schlagflug der Vögel. In der Praxis haben sich dann andere Prinzipien als praktikabler erwiesen. Erst 2011 konnte die Firma Festo mit dem SmartBird auf der Hannover Messe einen Erfolg vorstellen.[1]
Literatur
- Einhard Bezzel, R. Prinzinger: Ornithologie. Ulmer, Stuttgart 2. Auflage 1990, ISBN 3-8001-2597-8.
- Otto Lilienthal: Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst. Ein Beitrag zur Systematik der Flugtechnik. R. Gaertners Verlagsbuchhandlung, Berlin 1889, ISBN 3-9809023-8-2 (Digitalisat und Volltext im Deutschen Textarchiv, Digitalisat [abgerufen am 30. August 2017] Reprint der Originalausgabe, Friedland 2003).
- Walter Birnbaum: Das ebene Problem des schlagenden Flügels. 1922.
Siehe auch
Einzelnachweise
- Die Welt: Roboter-Vogel „SmartBird“ fliegt wie eine richtige Möwe, 4. April 2011, abgerufen am 21. September 2011.