Insektenflug

29.12.2011

Die Hummel als krassestes Beispiel für Insekten"flieger" ist das Flugobjekt, das die Lehraerodynamik zur Verzweiflung treibt. Ihr Verhältnis von Gewicht zu Flügelfläche und Fluggeschwindigkeit ist so hoch, daß die Bernoullitheorie nach Strich und Faden versagt. Für das Fliegen muß es aber eine grundlegende, nur ein natürliches Funktionsprinzip enthaltene, Theorie geben, die für alle Flugobjekte und Flugarten gilt. Es ist nämlich eine Regel der Natur, daß es für gleiche bzw. gleichartige Geschehnisse nur eine einzige Ursache geben kann. Und natürlich gilt diese Regel auch für das Fliegen bzw. die Aerokinetik. Die Schulaerodynamik ignoriert jedoch diese und noch andere Regeln der Natur bewußt, da sie sich sonst selbst tötet.

Fliegen erfordert eine Auftriebskraft. Das gemeinsame Prinzip des Fliegens ist das, das auch Kräfte entstehen läßt. Kraft entsteht aus Masse mal Beschleunigung. Gelingt es also einem Objekt, Luftmasse unter sich zu drücken, erfährt es eine Kraft nach oben. Diese ist eine Rückstoßkraft. Ein Flugzeug stößt kontinuierlich Luftmasse nach unten. Das gelingt ihm dadurch, daß seine Flügelflächen etwas nach vorn oben angestellt sind, damit wie schiefe Ebenen wirken und somit mittels einer Vorwärtsbewegung Luft nach unten drücken. Bewegt sich ein Flugzeug nicht mehr schnell genug nach vorn, fällt es vom Himmel.
Ein Hubschrauber läßt seine Flügel kreisen, kann somit mit seinem Rumpf stehen bleiben. Die Flügel heißen dann zwar Rotoren, sind aber mit Tragflügeln identisch, nur schmaler. Sie können deshalb schmaler sein, weil sie nicht so viel Last heben müssen wie ein Flugzeug. Hubschrauber sind Leichtgewichte unter den Fluggeräten.

Ein Kolibri fliegt wie ein Hubschrauber auch auf der Stelle. Da er aber die Flügel bei still stehendem Rumpf nicht kreisen lassen kann, läßt er sie nur vor und zurück schwenken. Wir tun im Wasser das gleiche, wenn wir "auf der Stelle" stehen: mit den Armen die Hände als angestellte "Tragflächen" vor und zurück schwenken. Während der Schwenkbewegungen machen die Flügel des Kolibri´s genau dasselbe, was Flugzeugflügel und unsere Handflächen im Wasser auch machen: Luft bzw. Wasser nach unten bewegen, nach unten beschleunigen. Die Rückstoßkraft der nach unten beschleunigten Luft-/Wassermassen nach oben wird als Auftriebskraft verwendet und hält den Kolibri in der Luft und uns im Wasser oben.

Womit die Lehraerodynamik aber Schwierigkeiten hat ist, daß die Flügel bei Insekten etwa 45 Grad angestellt sind. Mit diesem Anstellwinkel würde jedes Flugzeug abstürzen: die "Strömung" am Flügel (die es physikalisch aber gar nicht gibt, es ist nur der Fahrtwind, also die Bewegung des Flügels und nicht die der Luft) ist dabei nämlich in jedem Fall "abgerissen". Das verringert die Wirkung der Oberseite eines Tragflügels, die beim Flugzeug sogar zwei Drittel des Gesamtauftriebs beträgt, auf nur noch einen kleinen Bruchteil. Das heißt aber nicht, daß die Oberseite gar nichts mehr beiträgt! Die "Strömung" am Kolibriflügel ist zwar abgerissen, der verbleibende Rest an Auftriebskraft aus Flügelunter- und -oberseite reichen aber noch aus, um ihn oben zu halten! Insekten sind nämlich auch Leichtgewichte unter den Flugobjekten. Daß es die Hummel als scheinbares Schwergewicht aber auch noch schafft, liegt an ihrer entsprechend größeren bulligen Kaft. Ihr Brummen ist ja auch unüberhöhrbar. Der Wirkungsgrad des Hummelfluges liegt aber natürlich am unteren Rand des möglichen. Das zeigt sich dann deutlich, wenn sie an einer Stelle in der Luft wie ein Kolibri stehen bleiben will: es geht nicht, sie würde absacken, weil sie sich ja in einem von ihr selbst verursachten Abstrom von Luft befindet. Sie muß daher seitlich hin und her pendeln in noch ruhendere Luft. Der Slogan "Mit abgerissener Strömung kann kein Objekt fliegen" ist physikalisch unhaltbar, denn: die Luft-Kraft wird dabei ja gar nicht kleiner, sondern sogar noch größer! Sie zeigt dabei nur nicht mehr in fast senkrechter Richtung nach oben, was einen hochökonomischen Flug ermöglicht, sondern nun nur noch weniger als 45° nach hinten/oben. Die vertikale Komponente der Luftkraft, der Auftrieb, ist dabei für Insekten aber immer noch ausreichend groß genug.
Tauben, Möwen und noch viele andere Vögel können alle Flugarten nutzen. Vom eleganten und ökonomischen Gleitflug wie ein Segelflugzeug über einen "Schlag"flug beim Steilstart, bei dem sie flach mit dem Flügel auf die Luft schlagen, wodurch eine Auftriebskraft entsteht, die der Widerstandskraft der quer angeblasenen ebenen Platte entspricht bis zum 45Grad-vor/zurück-Schwenkflug wie beim Kolibri und Insekt zum senkrechten Fluchtstart.

Jede Flügelschwenkbewegung von Insektenflügeln ist ein kurzer Start-Stop-Flug. Auf dem ultrakurzen "Flugweg" wird eine Luftmenge etwa 45° abwärts in Bewegung versetzt, deren Rückstoßkraft die dadurch erzeugt Luftkraft ist. In Flügelprofilsicht entstehen an der Hinterkante des Flügels am Beginn der Schwenkbewegung der Anfahrwirbel und ein nachdrehender Profilwirbel an der Vorderkante des Flügels am Ende der Schwenkbewegung. Diese beiden sich gegensinnig drehenden Wirbel sind mindestens so groß wie die Insekten selbst. Durch ihre Größe berühren sie sich gegenseitig und verdecken somit bei kleinräumiger Beobachtung alles andere. In diese Wirbel wurde deshalb schon ein Theorie als Extraflugtheorie für Insekten hinein gedichtet nach dem Glaube, daß Wirbel etwas verursachen könnten. Wirbel sind aber niemals die Ursache für etwas sondern immer nur die Folge von etwas. Diese das Beobachtungsbild beherrschenden Wirbel werden vom Flügel für die Auftriebsgewinnung erst erzeugt: als ungewollte Folge! Sie können damit auch nicht mehr Energie erbringen als zu ihrer Erzeugung eingesetzt wurde. Als glückliche Fügung der Natur ermöglichen sie Insekten aber einen zusätzlichen Nutzen. Bei Zugvögeln, die gestaffelt hintereinander fliegen, nutzt ein hinterer Vogel den aufsteigenden Bereich des Wirbels eines voraus fliegenden. Ein Insekt kann in vergleichbarer Art, sofern es dessen bedarf, den aufsteigenden Teil des Wirbels nutzen, den es zuvor selbst erzeugte, es hat sich durch die hohe Schlagfrequenz ja noch kaum davon entfernt. Das führt dazu, daß das Insekt überraschenderweise einen Auftriebsstoß erfährt, wenn es die Schwenkbewegung umkehrt. Also gerade im scheinbaren Totpunkt der Wendepunkte der Flügelbewegung erhält ein Insekt einen Auftriebsschub. Hervorgerufen dadurch, daß es dabei mit seinen Flügeln den Aufwärtsstrom der Wirbel nutzt, die es zuvor selbst erzeugte. Das ist ein bisher nicht verstandenes Phänomen. Für eine Flugtheorie bleibt es trotz all dieser scheinbaren Besonderheiten aber dabei: Extra-Theorien für Varianten des Fliegens sind nach den Regeln der Natur (Physik) grundsätzlich verboten. Die Besonderheiten sind auch keine: alle Wirbel entstehen aus gleicher Ursache in gleicher Form auch am "normalen" Flugzeug. Nur sind die Größenverhältnisse anders. Es gilt nach wie vor:

Auch eine Flugtheorie muß allgemeingültig sein!

Das heißt, sie muß für alle Flugarten zutreffen, sie erklären können. Die "Wirbel"theorie für Insekten ist weder verständlich noch physikalisch richtig. Nur das kleine fast unsichtbare Stück "Flug" der Flügel während des vor und zurück schwenkens bewirkt das, was zum Fliegen erforderlich ist: Luft nach unten stoßen. Man sieht diese "Flugbahn" der Schwenks aber nur, wenn man mitdenkt.

Für alle Beobachtungen in der Natur gilt das, was Johann Wolfgang von Goethe schon sagte: "Zur Einsicht in den geringsten Teil ist die übersicht über das Ganze nötig". Das heißt zwingend: mit nur Einzeldetails wie etwa eine höhere Fahrtwindgeschwindigkeit oberhalb eines Tragflügels (die nur mit der Differenz zur Fluggeschwindigkeit eine tatsächliche Bewegung der Luft ist) oder Wirbel an Insektenflügeln kann eine richtige Theorie für das Fliegen gar nicht gefunden werden können. Und erst die richtige Flugtheorie zeigt die Ursachen einer Fahrtwinderhöhung und Wirbelentstehung auf. Die richtige Flugtheorie heißt:

Für alle Arten Fliegen gilt das Grundprinzip: Luftmasse nach unten beschleunigen, um die Rückstoßkraft daraus, die Luftkraft heißt, zu nutzen.

Fliegen ist ein rein mechanischer Vorgang nach den kinetischen Gesetzen von Newton. Ein Flugobjekt wirkt auf die Luft ein, niemals umgekehrt! Der Bernoulli-Effekt hat mit dem Fliegen überhaupt nichts zu tun. Die Wissenschaft des Fliegens gehört zur Aerokinetik (Luftbewegungslehre) und ist keine Aerodynamik (Luftkraftlehre). Eine Wissenschaft, die eine exakte sein will, muß auch eine exakte Terminologie benutzen.

flugtheorie.de