Wie kann ein Vogel fliegen und wieso hebt ein Airbus ab? Sie sind doch schwerer als Luft. Mit unserem Rundlauf-Experiment könnt ihr die Grundlagen des Fliegens verstehen: Hängt am karussellartigen Rundlauf das Modell eines Vogels, einer Tragfläche oder eines anderen Flugobjekts ein und versetzt per Elektromotor den Ausleger in schnelle Kreisbewegung – mit Strömungsgeschwindigkeiten, wie man sie bei Vögeln in der Natur vorfindet.
Der Clou: Der drei Meter hohe Rundlauf verfügt über Mess-Einrichtungen, die alle Flugdaten der Modelle mechanisch oder elektronisch erfassen. Damit lassen sich alle wesentlichen Größen wie Geschwindigkeit, Auftrieb und Luftwiderstand bestimmen. Vögel etwa erzeugen den zum Fliegen notwendigen Schub durch Schlagen und gleichzeitiges Drehen der Flügel. Bei dem künstlichen Vogel im DLR_School_Lab erzeugt eine Schlagmechanik die Bewegung der Schwingen und setzt so das Modell in Bewegung. Die Flügelbewegung – per Kamera aufgenommen – gibt Aufschluss darüber, wie Vögel ihre Schubkraft erzeugen. Außerdem könnt ihr die Leistung ermitteln, die sie dabei aufbringen.
Um fliegen zu können, ist ein Gleichgewicht der Kräfte nötig: Auftrieb gleicht das Gewicht des Fliegers aus, Schub überwindet den Widerstand, den ihm die Luft entgegensetzt. Auftrieb entsteht durch unterschiedliche Drücke auf der Ober- und der Unterseite der Tragflächen eines Flugzeugs bei der Vorwärtsbewegung. Auf der Oberseite der Tragflächen sinkt der Luftdruck und auf der Unterseite entsteht ein Überdruck. Diese Druckunterschiede beziehungsweise die daraus resultierende Auftriebskraft kann größer als die Schwerkraft werden – das Flugzeug hebt ab und fliegt.
Messt im Experiment den Auftrieb am Versuchsflugzeug – oder je nach Neigung der Tragflächen auch den Abtrieb! Kommt dabei dem gefürchteten Strömungsabriss auf die Spur: Ermittelt als angehende Luftfahrt-Pioniere Auftriebs- und Widerstandskraft für verschiedene Anstellwinkel! Und untersucht, welchen Einfluss Flügelklappen auf den Auftrieb haben.
Und was glaubt ihr: Wie viel Watt leistet ein Vogel gegen die Luftströmung, um fliegen zu können? Rechnet es aus: anhand der einfachen Formel Leistung (Arbeit pro Zeiteinheit) = Kraft x Geschwindigkeit. Die Werte könnt ihr zuvor am künstlichen Vogel im Rundlauf-Experiment ermitteln.
Viel Spaß beim Experimentieren!