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Vogelflug: Von Minitornados in die Lüfte gehoben

Otto Lilienthal hat sich den gemächlichen Storch als Vorbild für seine Gleiter genommen, und noch heute halten Flugzeuge sich nach demselben Prinzip am Himmel. Viel flinker und wendiger saust dagegen der Mauersegler durch die Lüfte. Sein Geheimnis liegt in den Wirbeln, die er mit seinen speziellen Flügeln erzeugt.
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Bis vor zehn Jahren war es ein beliebter Witz unter Kritikern der Naturwissenschaften: "Die Physik hat festgestellt, dass Hummeln nach den Gesetzen der Aerodynamik nicht fliegen können – wie gut, dass Hummeln nichts von Physik verstehen!" Und der größte Witz an dem Witz war, dass es stimmte. Mit ihren Stummelflügelchen hätten die schweren Hummeln wirklich nicht vom Boden abheben dürfen, es sei denn, die Insekten nutzen einen Trick. Tatsächlich war es 1996 mit dem Scherz vorbei: Biophysiker hatten das Geheimnis endlich gelüftet. Statt brav mit fast starren Flügeln zu schlagen, drehen Hummeln ihre Flügel nämlich und erzeugen dadurch kräftige Wirbel, die sie nach oben tragen. Der Fall war gelöst, die Ehre der Wissenschaft gerettet, und der Witz kann seitdem souverän gekontert werden.

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Mauerseglerflügel | Ein Mauersegler im Gleitflug: An den sensenförmigen Flügeln bilden sich Wirbel, welche den Tieren Auftrieb verschaffen.
Was dicke Hummeln schweben lässt, wirkt auch bei leichteren Insekten. Bei immer mehr Arten stellen Forscher stets das gleiche Prinzip fest. Offenbar ist das Konzept so gut, dass sogar manche Vögel gezielt die Luft verwirbeln, um mehr Auftrieb zu erreichen, wie niederländische Biologen um John Videler von der Universität Groningen nachwiesen. Für ihre Studien bauten sie einen Flügel der rasanten Mauersegler nach und testeten ihn im Wasserkanal. Darin entspricht sein Strömungsverhalten dem Flug in Luft, und die Bewegungen des Wassers lassen sich mit kleinen Partikeln sehr gut verfolgen.

Es zeigte sich, dass der Mauerseglerflügel mit seiner Sichelform offenbar optimal ist, um so genannte Anströmkanten-Wirbel zu erzeugen. Anders als bei Flugzeugen ist der Querschnitt des Vogelflügels vorne recht spitz. Kurz hinter der Kante trennt sich die Luft ab und bildet einen Wirbel. Wie ein kleiner Tornado wandert dieser nach außen zur Flügelspitze und saugt den Vogel dabei nach oben. Das klappt sogar bei kleinen Anströmwinkeln von nur fünf Grad. Insekten benötigen hier eher 25 bis 45 Grad.

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Schematische Darstellung | Schematische Darstellung der Auftrieb verleihenden Wirbel an den Flügeln von Mauerseglern.
Die Wirbel verleihen dem Mauersegler neben Auftrieb und Geschwindigkeit auch seine enorme Wendigkeit: Durch Änderungen in der Flügelstellung kann der Vogel auf kürzestem Raum wenden und seiner Beute folgen – Insekten mit der weniger ausgefeilten Wirbeltechnik.

Wie schon zu Otto Lilienthals Zeiten haben Ingenieure auch heute ein waches Auge für die Erfindungen der Natur. Anstellbare Tragflächen haben sie schon lange in Kampfjets eingebaut, die damit zwischen maximaler Geschwindigkeit und optimaler Manövrierfähigkeit wechseln können. Im Vergleich zu Mauerseglern wirken sie aber noch plump und träge. Da könnte es gut sein, dass die Vögel demnächst Pate für effektivere Systeme werden. Denn mit einem Mauersegler als Vorbild können Techniker wie Militärs sich bestimmt schneller anfreunden als mit der pummeligen Hummel.
11.12.2004

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 11.12.2004

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