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Wie Vögel noch immer den Flugzeugbau inspirieren

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Sieht man sich ein Flugzeug an und anschließend einen Vogel, wird man nicht gerade große Ähnlichkeiten feststellen können. Bis auf die Flügel und die Tatsache, dass sich beide in der Luft fortbewegen und halten können, gibt es kaum Äußerlichkeiten, die bei einem Vogel direkt an ein Flugzeug erinnern und umgekehrt. Dabei haben Vögel und Flugzeuge viel mehr gemeinsam, als man auf dem ersten Blick vermuten könnte.

Faszination Fliegen stand für viele Forscher schon immer im Mittelpunkt. Bereits Leonardo DaVinci hatte davon geträumt, in die Lüfte empor zu steigen und so beobachtete er die Welt der Vögel genauer. Er benutzte deren Flügel als Vorbild, um seine ersten, selbst entwickelten Flughilfen zu bauen. Welches Vorbild, um in die Luft zu steigen, eignet sich schließlich besser als ein Vogel?

Otto Lilienthal – ein sogenannter Pionier des Flugzeugbaus und der Luftfahrt – setzte ebenfalls auf die Kraft der Natur und ihrem Einfluss in die Technik und verfasste daher 1889 das Buch „Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst“. Er konstruierte Gleitflugzeuge und konnte mit ihnen bereits den ersten Gleitflug unternehmen. Doch leider wurden Lilienthal seine Flugversuche zum Verhängnis, denn vor etwa 120 Jahren stürzte dieser mit einem seiner Gleitflugzeuge ab und er erlag nur einen Tag später seinen Verletzungen.

Natur und Technik im Einklang

Die Natur gibt einiges her, wenn es darum geht, diese auch im technischen Bereich einzusetzen. Der Forschungsbereich der Bionik – ein Begriff, der die Biologie und die Technik beinhaltet und das Anregen und Umsetzen von der Biologie in die Technologie meint – liefert mit Vögeln und Fischen gleich einige Beispiele, die zur Inspiration in der Automobilwelt dienen. Auch der Gecko oder die Katze haben ihren Teil dazu beigetragen und nützen Herstellern beispielsweise bei der Entwicklung von Autoreifen.

Aber was genau konnte man denn nun bei Vögeln eigentlich abkupfern, um Flugzeuge flugtauglich zu konstruieren? Nach Jahrhunderten der aufschlussreichen, jedoch in den meisten Fällen gescheiterten Flugversuchen hat sich im Laufe der Zeit eine Menge verändert. Denn mal abgesehen vom Flügelschlag eines Vogels, was das Einzige war, das man bisher noch nicht nachzustellen vermochte, hat die Technik sich auf die Tragflächen von Flugzeugen konzentriert – die eindeutigste Verbindung zwischen Vogel und Flugzeug.

Die Flügel der Vögel sind vorne abgerundet und verlaufen schmaler nach hinten. Diese Konstruktion ist auch bei Flugzeugtragflächen zu finden. Während des Fluges bildet sich ein Randwirbel an den Tragflächen. Durch den Unterdruck auf der Flügeloberseite und dem Überdruck auf der Flügelunterseite bildet sich der Randwirbel immer wieder neu, da der Druckunterschied der Oberseite und Unterseite von der Luft versucht wird auszugleichen.

Um den Luftwiderstand zu verringern, spreizt der Vogel seine Flügel und gerade bei Landvögeln, wie beispielsweise dem Storch, ist gut zu beobachten, dass dieser vor allem die Flügelenden spreizt. Das können auch Flugzeuge, indem man diese mit sogenannten Winglets ausgestattet hat. Die am Ende der Tragflächen hochgeklappten Spitzen, bieten wie beim Vogel eine Verringerung des Widerstands und sorgen für mehr Auftrieb. Auch Treibstoff kann so besser eingespart werden – das Gleiche tut der Vogel, um Energie zu sparen.

SunExpress Boeing 737-800 TC-SUM (adapted) (Image by sloppyperfectionist [CC BY-SA 2.0] via Flickr)
Image (adapted) „SunExpress Boeing 737-800 TC-SUM“ by sloppyperfectionist (CC BY-SA 2.0)

 

Auch der Hai dient als Vorbild für den Bau von Flugzeugen, denn auf seiner Haut findet man mikroskopisch kleine Rillen, die in der Richtung der Strömung verlaufen. Eine solche rillenartige Haut kann man auch in Form einer Folie auf Flugzeugen finden, die Forschern der Haihaut nachempfunden haben.

Bionik in der Zukunft

Aber die Entwicklung bleibt nicht stehen und daher suchen Ingenieure immer wieder nach geeigneten bionischen Inspirationen gerade für den Flugzeugbau. Spiroids oder auch Split Wing Loops genannt – eine Weiterentwicklung der Winglets, die sich ebenfalls an den Tragflächen befindet, wurden dafür entwickelt, um die Randwirbel kontinuierlich zu verschmieren. Sie erinnern an die Schwungfedern der Vögel.

Dassault Falcon 50 (adapted) (Image by FlugKerl2 [CC BY-SA 3.0] via wikimedia)
Image (adapted) „Dassault Falcon 50“ by FlugKerl2 (CC BY-SA 3.0)

Auch Airbus bedient sich beim Körperbau der Vögel und so sollen sich die Flugzeuge in der Zukunft am Vogel-Skelett orientieren und im Jahr 2050 umgesetzt sein. Passagiere könnten dann das Fliegen ganz neu erleben und ihre Umgebung während eines Fluges mit ganz anderen Augen wahrnehmen. Zudem soll die Natur bei der Formation der Flugzeuge wieder einmal als Vorbild dienen: Flugzeuge in Gruppen. Der Sinn dahinter ist, dass Flugzeuge wie Vögel im Schwarm fliegen sollen, um ihren Energieverbrauch einzudämmen.

Was davon allerdings in der kommenden Zeit umgesetzt wird, bleibt abzuwarten. Die Zukunft wird viele Innovationen beinhalten und sich sicherlich besonders im Flugzeugbau ausweiten. Spannend wird es, wenn wir tatsächlich eines Tages in den Himmel schauen und erst auf den zweiten Blick erkennen, dass der Vogelschwarm über unseren Köpfen tatsächlich aus Flugzeugen besteht.


Image (adapted) „Flugzeug“ by Joelfotos (CC0 Public Domain)


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Warum Drohnen in Zukunft zur Gefahr werden könnten

Drone (Image by Harald_Landsrath[CC0Public Domain] via Pixabay)

Drohnen werden aufgrund ihrer tollen Luftaufnahmen immer beliebter. Sie bieten eine neue Perspektive,  mit der man hinter Zäune schauen und die Welt von oben betrachten kann. Zudem werden sie technisch immer ausgefeilter und durch die sinkenden Preise auch für durchschnittliche Verbraucher interessant. Außerdem werden sie für viele praktische Einsätze wie zur Paketzustellung oder zur Inspektion von Brücken genutzt. Doch neben den vielen positiven Aspekten muss man sich auch über ihre Gefahren bewusst sein. Sie werden nämlich auch häufig unsachgemäß genutzt oder sogar missbraucht, vor allem in der Nähe von Flughäfen kann ihre Verwendung sehr gefährlich werden.

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Christian Caballero findet die Kennezeichnungspflicht für Drohnen sinnvoll.(Image by Christian Caballero)

Christian Caballero ist Geschäftsführer der Caballero & Hesselbarth Consulting GmbH. Seine Leidenschaft sind Entrepreneurship und Innovationen im Bereich unbemannte Luftfahrt. Vor seinem Studium zum Sicherheitsmanagement war er Offizier bei der Bundeswehr. Dort erlangte er durch seine internationale Ausbildung Spezialwissen aus den verschiedensten Bereichen der Luftfahrt.

Caballero weiß, dass ein gefährlicher Eingriff in den Luftverkehr schwerwiegende Folgen haben kann und sich dessen nur wenige Nutzer bewusst sind. „Ein Gefährdungspotential geht dennoch vom Gerät selbst und vom Nutzer aus. Betrachten wir es sachlich, können die Propeller eines ,Multikopters‘ verheerende Verletzungen hervorrufen.“, sagt er.

Auch deutsche Sicherheitsbehörden betrachten Drohnen mit Skepsis, da sie für terroristische Angriffe verwendet werden könnten. Laut einem Sprecher des Bundeskriminalamtes (BKA) reichen denkbare Szenarien, die von Drohnen ausgeführt werden können, von Störungen von Veranstaltungen über Ausspähungen bis hin zu möglichen terroristischen Anschlägen, zu denen auch Großveranstaltungen gehören können. Das BKA verfügt bereits über eine Stelle, die den Markt für Drohnenabwehrsysteme beobachtet und Erkenntnisse über das Aufspüren und Abwehren der Länder und des Bundes bündelt.

Drohnen können ohne Probleme mit explosivem Material, giftigen Gasen oder nuklearen, chemischen und biologischen Stoffen ausgestattet werden. Es gab in Deutschland bisher zwar noch keine Terrorangriffe mit Drohnen, aber das BKA hält Großveranstaltungen jeglicher Art für ein wahrscheinliches Ziel. Auch Caballero geht davon aus, dass eine Drohne in Deutschland missbräuchlich für einen Anschlag genutzt werden kann. Jedoch lässt sich seiner Meinung nach die Eintrittswahrscheinlichkeit für einen solchen Fall in Deutschland schwer ermitteln. Sie korreliere jedoch mit der stetig wachsenden terroristischen Bedrohung in unserem Land.

Um dem missbräuchlichen Gebrauch von Drohnen entgegenzuwirken, werden zurzeit viele Drohnen-Abwehrmaßnahmen getestet. Laut Caballero ist die Vision einiger Entwickler ein umfassendes  „Geofencing“ und diese trifft als virtueller Zaun die Sicherheitsbedürfnisse einiger außenstehender Parteien. „Weiterhin wird an einem neuen ,Air-Traffic-Management-System‘ gearbeitet, um den Luftverkehr auch in den unteren Höhen kontrollieren oder besser gesagt leiten zu können.“, erklärt Caballero.

Aufgrund der vielen Zwischenfälle mit Drohnen möchte Bundesverkehrsminister Alexander Dobrindt (CSU) die Nutzung nun strenger regeln. Deshalb müssen zukünftig alle Geräte ab 250 Gramm mit einem Kennzeichen ausgestattet werden, auf dem der Name und die Adresse des Eigentümers stehen. Dadurch sollen die Eigentümer bei Missbrauch oder Unfällen identifiziert werden können.

Christian Caballero findet diese Kennzeichnungspflicht sehr sinnvoll. Er fügt hinzu, dass auf dem Markt und unter den tragenden Verbänden dieser Branche große Einigkeit bestehe, dass es auch eine Ausbildung für die Nutzer geben soll. Seiner Meinung nach sollte es für die Integration in den zivilen Luftraum vor allem Aufklärungsarbeit und präventive Maßnahmen geben, sodass Nutzer eine Art Luftfahrtbewusstsein entwickeln und sich umfänglich mit den Regeln und Pflichten vertraut machen.

Eine andere Abwehrmaßnahme ist das Fangen von Drohnen mithilfe von Greifvögeln. In den Niederlanden wird dies bereits von dem Projekt „Guards from Above“ ausprobiert. Der Vorteil an der Maßnahme ist, dass die Drohne sofort außer Gefecht ist, sicher von dem Adler entfernt wird und nicht unkontrolliert vom Himmel stürzt.

Drone interception (Imagy via Guard From Above- Maarten van der Voorde)
Drone interception (Image via Guard From Above- Maarten van der Voorde)

Der tierische Instinkt von Greifvögeln ist einzigartig, sie können mühelos schnelle Beute überwältigen. „Die Greifvögel haben Schuppen auf ihren Krallen, die sie auf natürliche Weise vor den Bissen ihrer Opfer schützen. Es besteht also keine Gefahr beim Fangen von COTS Drohnen (Commercial off-the-shelf drones).“, erklärt Sjoerd Hoogendoorn, CEO und Gründer des Projekts. Für das Fangen von besonders großen und professionellen Drohnen sucht das Unternehmen bereits nach einer zusätzlichen Möglichkeit, die Vögel zu beschützen. Inzwischen wurden hunderte Drohnen während der Trainingseinheiten gefangen. Dabei wurde kein einziger Vogel verletzt – einige Drohnen aber durchaus.  

Die Vögel werden jeden Tag von Experten trainiert. Bis ein Vogel eine Drohne erfolgreich fängt, vergeht im Schnitt ein Jahr. Dies sei aber von Vogel zu Vogel unterschiedlich, so Hoogendoorn. Er führt aus, dass man die Vögel nicht dazu zwingen kann, Drohnen zu fangen. Wenn sie keinen Spaß daran hätten, würden sie es nicht machen. Wird eine Drohne erfolgreich gefangen, werden die Vögel mit Futter belohnt.

Ein Aspekt, der bei der zunehmenden Nutzung von Drohnen ebenfalls sehr wichtig ist, ist der Schutz der Privatsphäre. Fakt ist, dass diese Geräte den Benutzern Einblicke ermöglichen, die man sonst nicht so einfach bekommt. Daher scheint es schon fast eine logische Schlussfolgerung, dass es immer mehr Drohnen geben wird, so Caballero. Derzeit würden in Deutschland etwa 400.000 Drohnen genutzt und nach Angaben des Instituts für unbemannte Systeme (IuS) werden es bis 2020 vermutlich noch mal 2 Millionen sein.

Caballero ist überzeugt, dass diese Problematik auch Auswirkungen auf unsere Privatsphäre haben wird: „Die Nutzer müssen den Begriff ,Privatgrundstück‘ einfach nur respektieren und diese Bereiche meiden oder sich für dort eine Genehmigung erteilen lassen. Der grundsätzliche Überflug über ein Grundstück ist nicht verboten, jedoch kann dies schnell zu einer Irritation führen, da für den Nutzer nicht klar ist, was die Kamera gerade anschaut“. Denn schließlich, fasst Caballero zusammen, will sich niemand einer fremden Beobachtung ausgesetzt wissen. Neugierige sollten sich über die Geldstrafen für diese Handlungen bewusst sein. Man darf gespannt sein, wie sich die Haltung hierzu in Zukunft entwickelt.


Image „Drone“ by Harald_Landsrath (CC0 Public Domain)


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