Aerodynamik

Flederm�use im Auftrieb

Der Traum von Fliegen ist uralt. Schon Leonardo da Vinci zeichnete Konstruktionspl�ne f�r Fl�gel nach dem Vorbild der Vogelschwinge, um sich damit in die L�fte zu erheben. Aber erst die moderne Technik entschl�sselt langsam die kleinen aber feinen Tricks, ohne die ein Flatterer auf der Erde bleibt.

Jan Philipp Bornebusch

Manchmal – in den Sekunden nach dem Aufwachen – wei� ich, dass ich fliegen kann. Ich bin �berzeugt, dass ich nur die Augen �ffnen und die Arme ausbreiten muss, um mich grazil wie eine Elfe vom Boden zu l�sen und �ber Wald und Feld schweben. In seltenen F�llen erscheint es mir erforderlich, nicht nur die Arme zu spreizen, sondern auch zu flattern. Das kommt der physikalischen Realit�t schon n�her, klappt im wachen Zustand aber immer noch nicht.

Die Evolution hat solch physikalische Hemmnisse gleich mehrfach �berwunden und so k�nnen verschiedenste Tierarten dem Anschauungsunterricht dienen. Besonders am Flug der V�gel ist bereits ausgiebig geforscht worden. Falken, Schwalben, Rotkehlchen und viele andere sind schon durch Windkan�le gejagt und haben geholfen, die Bewegungen ihrer Fl�gel mit Hochgeschwindigkeitskameras bis ins kleinste Detail zu belichten.

Verr�terische Wirbel

Verwirbelungen der Luft verrieten, wie die verschiedenen Komponenten des Fl�gelschlags aerodynamisch wirken: Der abw�rts gerichtete Schlag des Fl�gels erzeugt – stark verk�rzt – Auftrieb und Schub. Besonderen Anteil daran haben die Schwungfedern. W�rde der Aufw�rtsschlag nun ebensolchen Abtrieb erzeugen, bliebe das Rotkehlchen am Boden. Daher drehen V�gel ihre Schwungfedern, wenn sie ihre Fl�gel nach oben ziehen. Wie eine Jalousie je nach Stellung Sonnenlicht in ein Zimmer fallen l�sst oder eben nicht, kippen V�gel ihre Federn, um die Fl�gel mehr oder weniger luftdurchl�ssig zu machen und damit insgesamt mehr Auf- als Abtrieb zu erzeugen.

Wer fliegen will, braucht demnach Federn – Flederm�use k�nnen also nicht fliegen. Oder sie haben das Problem anders gel�st, denn ihre Flugh�ute werden nicht von einem Moment zum n�chsten luftdurchl�ssig.

Fliegen ohne Federn

Zwar k�nnen Flederm�use und Flughunde ihre Fl�gel nach Belieben einklappen, aber im Gegensatz zum Brustschwimmer – der Auf- und Vortrieb erzeugt, indem er die Arme ausgestreckt nach hinten zieht, um sie dann eingezogen und eng am K�rper wieder nach vorn zu f�hren – bleiben die Fl�gel der Fledertiere auch in der aufw�rts gerichteten Bewegung weit gehend aufgespannt. Der Trick muss also noch ein anderer sein, dachte sich Flugforscher Anders Hedenstr�m von der Universit�t Lund machte sich zusammen mit schwedischen, amerikanischen und deutschen Kollegen daran, den Kniff zu ergr�nden.

Dazu trainierten die Wissenschaftler zwei Spitzmaus-Langz�ngler (Glossophaga soricina), sich von Honigwasser aus einem Spender zu ern�hren. Wollten sich die etwa zwanzig Gramm wiegenden Flederm�use am Honig g�tlich tun, mussten sie in den leichten Nebel eines Windkanals fliegen, wo sie bei Windgeschwindigkeiten von 1,5 bis 7 Stundenkilometern je nach Hungergef�hl 2 bis 20 Sekunden lang ruhig vor dem Tr�ufler schwirrten, um den Nektarersatz zu schlecken. Die Wirbelschleppe – �quivalent zu den Wirbeln, die eine Fledermaus im freien Flug mit 1,5 bis 7 Kilometern pro Stunde erzeugt – versorgte die Forscher mit den n�tigen Informationen.

Luftstr�mungen verraten viel �ber den Fl�gelschlag, denn die Kraft, welche die Verwirbelungen antreibt, ist gleich der, die den Flatternden in der Luft h�lt. Und so fanden Hedenstr�m und seine Kollegen heraus, dass Flederm�use – wie andere Forscher schon auf Grund genauer Beobachtungen der Bewegungsabl�ufe vermutet hatten – Abtrieb verminderten, indem sie beim aufw�rtigen Fl�gelschlag die Schwinge zugleich kippten und nach hinten warfen. Bei geringen Geschwindigkeiten, also wenn der Fl�gel beim Zur�ckschnellen die Reisegeschwindigkeit �berschritt, erzeugten die kleinen Fledertiere mit ihrer Spannweite von knapp drei�ig Zentimetern sogar zus�tzlichen Auftrieb.

Auftrieb f�r Maschinen

Was die Natur gleich auf mehreren sehr unterschiedlichen Wegen perfektioniert hat – die aktive individuelle Flugf�higkeit in Miniatur –, f�llt Ingenieuren nach wie vor schwer. Daher hoffen die Forscher, dass ihre Ergebnisse die Entwicklung kleinster flatternder Flugmaschinen, denen es bislang meist an Auftrieb fehlt, voran bringen werden.

Mich pers�nlich bringen diese Erkenntnisse nicht weiter, wenn ich des Morgens desillusioniert feststellen muss, dass ich doch wieder nicht zum K�nig der L�fte geworden bin. Aber beim Wassertreten, da werde ich den den Kniff mit den vor- und zur�ckkippenden Handfl�chen demn�chst mal ausprobieren.