Wie Fliegen fliegen

News: Wie Fliegen fliegen

Eigentlich sollten Fliegen gar nicht fliegen können. Das jedenfalls geht aus Untersuchungen von Insektenflügeln im Windkanal hervor: Demnach erreichen die Tiere allein durch die Auf- und Ab-Bewegung ihrer Flügel nur einen Bruchteil der Flugkraft, die zum Fliegen notwendig ist. Warum sich Fliegen und andere Insekten aber dennoch virtuos durch die Lüfte bewegen können, haben Wissenschaftler an einem übergroßen Modell, das in Öl 'fliegt', studiert.

Des Rätsels Lösung: Die Insekten erzeugen zusätzliche Flugkraft durch außergewöhnliche aerodynamische Mechanismen. Diesen sind Fritz-Olav Lehmann von der Universität Würzburg und seine Kollegen um Michael Dickinson von der University of California in Berkeley mit Hilfe einer "Roboterfliege" (Quicktime-Videos) auf den Grund gegangen. Die Ergebnisse bringen erstmalig aerodynamische Theorien mit der Wirklichkeit des Insektenflugs in Einklang (Science vom 18. Juni 1999).

Aerodynamische Untersuchungen an Insekten selbst sind schwierig. Dagegen erlaubt ein vergrößertes Insektenmodell, eine von den Wissenschaftlern konstruierte "Roboterfliege", einen genaueren Einblick in die Aerodynamik des Insektenflugs: Eine komplizierte Mechanik bewegt zwei 25 Zentimeter lange Flügel, deren Bewegung durch die Befehle eines Computers vorgegeben werden. Sensoren an der Flügelbasis registrieren die jeweils wirkenden Kräfte. Um die Strömungsbedingungen an diejenigen anzupassen, wie sie bei der nur wenige Millimeter großen Taufliege auftreten, bewegen sich die Flügel der Roboterfliege allerdings nicht in Luft, sondern in einem 1 500 Liter fassenden, mit Öl gefüllten Tank.

Fliegende Insekten erzeugen Flugkräfte durch die Anströmung ihrer Flügel, die, einem komplexen Bewegungsmuster folgend, auf- und abbewegt werden. Dabei müssen die Tiere ihre Flügel in rascher Folge beschleunigen, abbremsen und in umgekehrter Richtung erneut beschleunigen. Am Ende jedes Auf- und Abschlags kommt es darauf an, den Flügel schnell um seine Längsachse zu drehen, denn nur so erlangt er einen günstigen Anstellwinkel für den folgenden Schlag.

Der durch den Auf- und Abschlag erzeugte Auftrieb erklärt laut Lehmann jedoch nur einen Teil der insgesamt produzierten Flugkraft. Durch das Drehen der Flügel am Ende jedes Schlags erhalten die Tiere zusätzlichen Auftrieb. Dieser Mechanismus ähnelt dem "Magnus-Effekt", der beim Fußball den Ball zu einem Kurvenflug zwingt. Dabei wird die größte Kraftzunahme erzielt, wenn die Flügel gegen Ende des Auf- und Abschlagens gedreht werden. Bei der Taufliege lässt sich ein Drittel der insgesamt produzierten Flugkraft allein auf diese Rotation zurückführen, bei der Schwebfliege sind es sogar fünfzig Prozent. Kleine Steuermuskeln der Fliege kontrollieren den Zeitpunkt der Drehung auf einen Bruchteil einer Millisekunde und ermöglichen dem Tier so eine fein dosierte Kontrolle der Flugkräfte.

Fliegen erhöhen die Flugkräfte überdies durch ein cleveres Energierecycling. Hierbei gewinnen sie einen Teil der beim Auf- und Abschwingen der Flügel investierten Energie aus dem Strömungsfeld wieder zurück. Auch dabei kommt es auf eine präzise Steuerung der Flügelrotation an: Wird der Flügel etwas zu spät gedreht, dann wirkt eine Kraft, die das Insekt nach unten drückt.