Man könnte meinen, ein Kolibri schlägt mit den Flügeln so schnell und heftig, dass er genug Luft nach unten drückt, um seinen kleinen Körper über Wasser zu halten. Es stellt sich heraus, dass es viel schwieriger ist.
Haben Sie einen kleinen Kolibri gesehen, der vor einer Blume schwebte und dann blitzschnell zu einer anderen schoss, und sich gefragt: Wie geht das?
Eine neue detaillierte, dreidimensionale aerodynamische Simulation des Kolibriflugs zeigt, dass der Kolibri seine flinken Kunstflugfähigkeiten durch einen einzigartigen Satz von aerodynamischen Kräften erzielt, die enger mit denen von fliegenden Insekten als mit anderen Vögeln abgestimmt sind.
Die neue Supercomputersimulation wurde von zwei Maschinenbauingenieuren der Vanderbilt University in Zusammenarbeit mit einem Biologen der University of North Carolina in Chapel Hill erstellt. Es ist in einem Artikel beschrieben, der diesen Herbst im Internet veröffentlicht wurde Zeitschrift der Royal Society Interface.
Bildnachweis: David Levinson / Flickr
Seit einiger Zeit sind sich die Forscher der Ähnlichkeiten zwischen Kolibri- und Insektenflug bewusst, aber einige Experten haben ein alternatives Modell unterstützt, das vorschlug, dass die Flügel von Kolibris aerodynamische Eigenschaften aufweisen, die denen von Hubschrauberblättern ähneln.
Die neue realistische Simulation zeigt jedoch, dass die winzigen Vögel sich instationärer Luftströmungsmechanismen bedienen und unsichtbare Luftwirbel erzeugen, die den Auftrieb erzeugen, den sie zum Schweben und Flitzen von Blume zu Blume benötigen.
Man könnte meinen, wenn der Kolibri seine Flügel einfach schnell und hart genug schlägt, kann er genug Luft nach unten drücken, um seinen kleinen Körper über Wasser zu halten. Der Simulation zufolge ist die Herstellung von Aufzügen jedoch viel kniffliger.
Wenn der Vogel zum Beispiel seine Flügel nach vorne und unten zieht, bilden sich kleine Wirbel über der Vorder- und Hinterkante und verschmelzen dann zu einem einzigen großen Wirbel, der einen Unterdruckbereich bildet, der für Auftrieb sorgt. Darüber hinaus erhöhen die kleinen Vögel den Auftrieb, den sie erzeugen, indem sie ihre Flügel beim Schlagen nach oben heben (sie entlang der Längsachse drehen).
Kolibris führen einen anderen ordentlichen aerodynamischen Trick durch - einen, der sie von ihren größeren gefiederten Verwandten unterscheidet. Sie erzeugen nicht nur einen positiven Auftrieb beim Abschlag, sondern sie erzeugen auch einen Auftrieb beim Aufschlag, indem sie ihre Flügel umkehren. Wenn sich die Vorderkante nach hinten zu bewegen beginnt, dreht sich der darunter liegende Flügel so, dass die Oberseite des Flügels zur Unterseite und die Unterseite zur Oberseite wird. Dies ermöglicht es dem Flügel, einen Vorderkantenwirbel zu bilden, wenn er sich rückwärts bewegt, wodurch ein positiver Auftrieb erzeugt wird.
Der Simulation zufolge erzeugt der Abschlag den größten Teil des Schubes, aber das liegt nur daran, dass der Kolibri mehr Energie in ihn steckt. Der Aufwärtshub erzeugt nur 30 Prozent mehr Auftrieb, benötigt aber nur 30 Prozent mehr Energie. Dadurch ist der Aufwärtshub ebenso aerodynamisch effizient wie der stärkere Abwärtshub.
Große Vögel hingegen erzeugen fast ihren gesamten Auftrieb beim Abschlag. Sie ziehen ihre Flügel in Richtung ihres Körpers, um den negativen Auftrieb zu verringern, den sie beim Aufwärtsflattern erzeugen.
Zwar sind Kolibris viel größer als fliegende Insekten und bewegen die Luft heftiger, doch die Art und Weise, wie sie fliegen, ist den Forschern zufolge mit Insekten enger verwandt als mit anderen Vögeln.
Insekten wie Libellen, Stubenfliegen und Mücken können auch vorwärts und rückwärts und von einer Seite zur anderen schweben und hüpfen. Obwohl die Konstruktion ihrer Flügel sehr unterschiedlich ist und aus einer dünnen Membran besteht, die durch ein Adersystem versteift ist, verwenden sie auch instationäre Luftströmungsmechanismen, um Wirbel zu erzeugen, die den Auftrieb erzeugen, den sie zum Fliegen benötigen. Ihre Flügel sind auch in der Lage, sowohl beim Aufwärts- als auch beim Abwärtshub einen positiven Auftrieb zu erzeugen.