Vögel waren eine große Inspiration für viele Technologien in der Luftfahrtindustrie, aber menschliche Flugzeuge können noch nicht mit ihrer Fähigkeit mithalten, geradeaus und stabil durch Stürme zu fliegen. Ein Team von Wissenschaftlern der University of Bristol und des Royal Veterinary College hat jedoch das Geheimnis der Vögel gelüftet, wie sie Windgeschwindigkeiten so schnell wie ihr eigener Flug bekämpfen können.
„Wir fliegen seit ungefähr 100 Jahren, nur ein bisschen länger seit den Gebrüdern Wright [die als erste den Motorflug starteten]. Sie wussten, dass es eine Herausforderung war, genügend Auftrieb zum Fliegen zu bekommen, aber das war im Vergleich dazu einfacher Stabilisierung und Kontrolle des Fluges", sagte Professor Richard Bomphrey, einer der Autoren der Studie vom Royal Veterinary College.
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„Sie hatten eine Methode, um den Wright Flyer zu steuern, die ziemlich gut funktionierte – eine Reihe von Kabeln, die den Flügel verdrehten. Aber seitdem haben wir ein Flugzeug mit starren Flügeln gebaut, hauptsächlich weil die Mathematik etwas einfacher ist. Es ist einfacher Flügel erzeugen, die steif sind, und dann verhalten sie sich vorhersehbarer."
Dies funktioniert bei bestimmten Flugbedingungen, bei denen eine starre Flügelform optimal ist. Aber um die Flugleistung bei starkem Wind zu verbessern, wäre ein anderes, bioinspiriertes Design für die Tragflächen eines Flugzeugs besser, sagt Bomphrey.
Um herauszufinden, wie Vögel mit Wind umgehen, beobachtete das Team den Flug eines Habichts, eines Waldadlers, eines Waldkauz und einer Schleiereule. Letztere namens Lily ist der Star der Veröffentlichung des Teams in den Proceedings of the Royal Society B Tagebuch.
„Wir bauten einen Böengenerator, damit wir die Geschwindigkeit und Richtung des Windes einstellen konnten, und ermutigten Lily dann, genau dorthin zu gleiten, wo wir sie haben wollten“, sagte Bomphrey. "Wir hatten Hochgeschwindigkeitskameras und einige Bewegungserfassungskameras auf sie eingestellt, mit denen wir einen Prozess namens Stereophotogrammetrie durchführen konnten; eine Möglichkeit, dreidimensionale Formen von einem Kamerapaar zu erhalten."
Als das Team Lily durch diese Kameras beobachtete, entdeckte es, dass ihre Flügel während des Fluges als Aufhängungssystem fungierten und die Flugbahn des Kopfes und des Oberkörpers bei starkem Wind stabilisierten.
„[Der Flügel] tut dies auf eine ziemlich elegante Weise, die Leuten, die Schlagstock- oder Schlägersportarten spielen, ziemlich vertraut sein sollte. Das ist das Konzept des Sweet Spots“, sagte Bomphrey.
„Wenn Sie also Cricket spielen und den schweren Ball herunterfallen, schlagen Sie ihn mit dem äußersten Ende des Schlägers, der Griff springt aus Ihren Händen nach vorne Der Griff wird nach hinten geschoben. Das sagt Ihnen, dass es einen Punkt zwischen diesen beiden Bereichen gibt, an dem Sie den Ball treffen könnten und der Griff nicht nach vorne oder hinten geschleudert wird. Alle Kräfte auf den Schläger werden aufgehoben, und Sie spüren nichts. Wenn du das Glück hast, auch noch einen Ball zu schlagen, dann fühlt es sich mühelos an."
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Bomphrey sagt, dass man sich den Flügel des Vogels als Fledermaus vorstellen kann, den Windstoß als Ball. Bei wechselnden Wetterbedingungen schwenkt der Vogel seine Flügel um die Schulter, damit die Böe genau dort trifft, wo sich alle Kräfte und Drehmomente am Scharnier des Schultergelenks aufheben. Der Flügel bewegt sich, aber der Körper nicht.
Das Team sagt, dass dieses Wissen neue Designs für die Luftfahrtindustrie inspirieren könnte, zunächst mit kleinen und unbemannten Flugzeugen, aber schließlich mit Einfluss auf Passagierflugzeuge.
„[Die Technologie] ist absolut einsatzbereit, denn es ist ein Phänomen, das wir bei Vögeln beobachtet haben. Der Schlüssel ist, dass Sie das Scharnier haben müssen, und Sie müssen die richtige Ausrichtung haben. Das kann erreicht werden, indem Sie einfach wohin bewegen die [Masse ist]", sagte Bomphrey. „Wir haben tatsächlich selbst schon ein bisschen Prototypen mit einigen Spielzeugsegelflugzeugen gemacht und das gleiche Prinzip demonstriert, das wir bei Vögeln gesehen haben, wobei etwa 40 Prozent genau derselben Böe im Labor ohne jeglichen Bordcomputer zurückgewiesen wurden.“