Fliegen (Fortbewegung)

Fliegen bedeutet im allgemeinen Sinn die Fortbewegung eines Körpers durch die Luft entweder durch Ausnutzung der Gesetze der Aerodynamik (Flugzeuge, Helikopter) oder durch das Leichter als Luft Prinzip (Ballone, Luftschiffe; der Ballonfahrer/Luftschiffer spricht jedoch vom Fahren). Ferner wird auch die Fortbewegung durch Rückstoß (Rakete) sowie die Bewegung entlang einer ballistischen Bahn (Projektil, Satellit usw.) als Fliegen bezeichnet.

Fliegen können "wie die Vögel" ist seit altersher ein Menschheitstraum gewesen (Ikarus, Flugmobil von Leonardo da Vinci, Otto Lilienthals Fluggerät), der mit dem ersten Flug (kontrolliert, motorisiert, manngesteuert, schwerer als Luft) der Gebrüder Wright 1903 seine Erfüllung fand. Siehe auch Luftfahrt und Geschichte der Luftfahrt.

Fliegen von Flugzeugen

Der Wind umströmt eine nahezu parallel zur Richtung des scheinbaren Windes ausgerichtete Fläche mit unterschiedlich starker Wölbung der beiden Seiten der Fläche. Bei einer Tragfläche ist die Unterseite nur leicht konvex bis gerade, die Oberseite konvex. Die Wölbungsverläufe sind in beiden Fällen nicht gleichmäßig, sondern die Tragflächen laufen zur Abströmungskante (auch: Abrisskante) hin flach zu. Auf der Oberseite muss der Wind pro Zeiteinheit einen längeren Weg zurücklegen als auf der Unterseite. Dadurch ist die Strömung auf der Oberseite der Tragfläche schneller, es entsteht ein Unterdruck gegenüber dem Luftdruck der Umgebung. Auf der Unterseite der Tragfläche entsteht aus analogem Grund ein Überdruck. Die Druckdifferenz zwischen Unter- und Oberseite der Tragfläche bewirkt einen Druck senkrecht zur Tragfläche in Richtung Oberseite, den Auftrieb.

Vogelflug

Prinzipiell sind beim Vogelflug zwei Mechanismen im Spiel: Der Auf- und Vortrieb sowie ein Druckunterschied.

Ersterer wird durch Bewegung des Flügels erzeugt, letzterer durch die seine Form, (wobei jedoch der Druckunterschied eine eher untergeordnete Rolle spielt).

Der Flug großer Vögel

»Große Vögel« können sich zumeist sowohl im Segel- als auch im Schlagflug fortbewegen.

Beim Segelflug schlagen sie nicht mit den Flügeln sondern halten sie ausgebreitet. Der durch Fluggeschwindigkeit und Luftströmungen entstehende Auftrieb reicht aus um sich in der Luft zu halten (Aufwinde ermöglichen sogar das spiralförmige Aufsteigen), Albatrosse sind sogar in der Lage, Windscherungen über dem Meer auszunutzen und so energieneutralen, dynamischen Segelflug zu praktizieren.

Die Flügelbewegung beim Schlagflug wird aufgeteilt in Auf- und Abschlag. Die Fortbewegung findet durch Auf- und Vortrieb statt.

Der Auftrieb wird durch die Abwärtsbewegung der Armschwingen erzeugt. Luft wird nach unten gedrückt und strömt dorthin ab ( => dadurch Auftrieb).

Der Vortrieb wird durch die durch mehrere Dinge erzeugt.

Beim Schlagen wird der Flügel geschwenkt (beim Aufschlag nach vorne, beim Abschlag nach hinten), zusätzlich wird der Flügel gedreht (beim Aufschlag nach oben, beim Abschlag nach unten) außerdem führt die Flügelspitze eine Wellenbewegung aus. Es findet also keine eine horizontale Flügelbewegung statt, sondern eine schräg nach hinten - unten gerichtete beim Abschlag und eine schräg nach vorne - oben gerichtete beim Aufschlag.

Der Flug kleiner Vögel

Der Flug kleiner Vögel erfolgt prinzipiell gleich wie der Flug großer Flügel. Sie sind jedoch nicht fähig im Segelflug zu fliegen, da ihre Flügel zu klein sind (und somit eine zu kleine Anströmfläche bieten, und wiederum zu wenig Auf/Vortrieb entsteht und sie eine zu hohe Flächenbelastung haben).

Stattdessen können sie, nicht wie die großen Vögel, nur beim Abschlag Auftrieb erzeugen, sondern auch beim Aufschlag, was ihnen einen schnelleren Start ermöglicht. Ihre Flügelbewegung beschreibt hierbei eine Achterschleife, beim Abschlag drücken sie mit der Flügelunterseite Luft schräg nach hinten, beim Aufschlag drehen sie den Flügel so, dass sie Luft mit der Flügeloberseite schräg nach vorne drücken.

Insektenflug

Insektenflügel sind Hautausstülpungen, die aus einer gewellten Membran bestehen, auf der sich Borsten und Härchen befinden. Die meisten Insekten haben 2 Flügelpaare, wobei meist eines der Stabilisierung dient.

Die Bewegung der Flügel erfolgt entweder mit der indirekten, oder mit der direkten Flugmuskulatur. Die indirekte Flugmuskulatur ist bei den kleineren Insekten zu finden. Sie müssen bis zu 2000 mal / sec. Mit den Flügeln schlagen, um sich in der Luft zu halten. Da es jedoch unmöglich ist, dass ein Muskel in dieser Frequenz durch nervale Befehle bewegt wird, ist der Flügel nicht direkt mit den Muskeln verbunden, sondern über Gelenke mit der Oberen Teil des Panzers, an dem wiederum der Muskel verankert ist. Wird der Muskel gereizt, zieht er am oberen Panzer, wodurch sich der Flügel bewegt, und in Folge den Muskel dehnt. Es kommt also zu einem mechanischem Resonanzsystem zwischen Muskel und Pendel (Flügel Gelenke, Panzer). Die Bewegung wird erst mit einem neuen nervalen Befehl gestoppt.

Der direkte Antrieb ist bei größeren Insekten zu finden, zum Beispiel der Libelle. Der Flügel wird mit Hilfe zweier Muskeln bewegt, die gegengleich arbeiten (wenn der eine sich zusammenzieht entspannt sich der andere). Libellen verwenden auch das zweite Flügelpaar als Antrieb, deshalb sind die Anstellwinkel unterschiedlich.

Flug von Pflanzensamen

Viele Pflanzensamen sind mit Einrichtungen zum passiven Fliegen ausgestattet.

Ahornsamen

Dieser Samen gehört zur Gruppe der Schraubenflieger. Der Samen besitzt einen Kern, in dem der Massenschwerpunkt liegt, und einen leichten Flügel. Nach einem kurzen Sturzflug geht er über in eine spiral- und schraubenförmige Bewegung. Er dreht sich um seine eigene Achse und schraubt sich zusätzlich in einer großen Spirale nach unten.

Zanoniasamen

Dieser Samen ist ein Gleitflieger. Auch hier ist der Samen der Schwerpunkt, doch diesmal hat er auf beiden Seiten dünne »Flügel«, (die ihm das Aussehen eines normalen Drachen geben). Er schraubt sich auch nach unten, stößt er jedoch irgendwo an, pendelt er kurz in der Luft hin und her, und findet anschließend in seine normale Flugposition zurück.

Haarflieger

Zu dieser Gruppe gehört zum Bespiel der Löwenzahnsamen.

Die Samen besitzen Flughaare, dadurch ist die Oberfläche und der Luftwiderstand größer, wodurch wiederum die Fallgeschwindigkeit langsamer ist.

(Forttragung = Fallzeit mal Windgeschwindigkeit)