Titel: Kummer's Theorie des Vogelflugs.
Autor: Kummer, H.
Fundstelle: 1850, Band 117, Nr. XV. (S. 100–106)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj117/ar117015

XV. Theorie des Vogelflugs und Construction eines fliegenden Automaten; von H. Kummer.9

Schon oft wurde die Frage aufgeworfen, ob der Mensch durch künstliche Flügel im Stande wäre sich in die Luft zu erheben, um nach Art der Vögel zu fliegen, und es fehlt eben nicht an Vorschlägen, wie dieß auszuführen wäre; ja man ist noch weiter gegangen und hat sich bereits mit der Erbauung von Flugmaschinen beschäftigt, welche sich aber bekanntlich als ganz unzureichend erwiesen. Ehe man sich jedoch an diese schwere Aufgabe wagt, sollte man jedenfalls mit der Theorie des Fliegens im Reinen seyn, und die Fingerzeige, welche die Natur in dieser Beziehung gab, sorgfältig erforschen, um all' den Mißgriffen zu entgehen, welche den bisherigen Erbauern von Flugmaschinen mit Recht zugeschrieben werden. In Folgendem will ich versuchen ein Bild von dem zu geben, was ich über den Flug selbst beobachtet, geprüft und ausgeführt habe, ohne beanspruchen zu wollen daß alles durchgängig neu und bisher völlig unbekannt war, und beginne mit der Erklärung des horizontalen Fluges, da ohnedem die übrigen Richtungen aus ersterm erklärlich werden.

Alle in der Natur vorkommenden Flügel (auch die Flossen der Fische) haben das Eigenthümliche, daß sich ihre Ebenen beim Auf- und Niederschlage abwechselnd gegen den Horizont neigen und erheben, und zwar geschieht dieser beständige Wechsel ganz ohne Zuthun des Thieres. Der Verständlichkeit wegen werde ich einstweilen die einfachen Flügel des Schmetterlings zu meiner Betrachtung wählen. Jeder Flügel ist an der Vorderseite durch Stäbchen oder Sprossen hinlänglich gesteift, während der Flügel am hintern Rande leichter nachgibt und damit eine elastische Fahne bildet. Die Folge hievon wird nun seyn, daß bei einem Flügelniederschlage der Vorderrand des Flügels wegen seiner größern Steifigkeit zuerst unten ankommen muß, während der biegsame Hinterrand dem Widerstände der Luft nachgibt und somit eine nach vorn geneigte Ebene bildet. Untersucht man die Eigenschaften |101| dieser von oben nach unten bewegten schiefen Ebene, so ergibt sich daraus die Nothwendigkeit des Vorschiebens oder der Vorwärtsbewegung. Geschieht ferner der Flügelschlag nach oben, so werden die vordern Flügeltheile früher oben anlangen als die hintern, und zwar aus dem ähnlichen Grunde wie beim Niederschlage, nämlich der Hinterrand bietet der obern Luft beim Aufschlage nicht den Widerstand wie der Vorderrand. Es wird aber dadurch eine von hinten nach vorn schief erhobene Flügelebene gebildet, welche ebenfalls die Vortheile einer Vorwärtsbewegung gewährt wie die frühere.

Um die Sache noch mehr zu versinnlichen, so denke man sich einen horizontalen Keil, dessen schiefe Flächen oben wie unten zwischen Frictionsrollen so getragen werden, daß diese Rollen, gegenseitig sich nähernd, diesen Keil zum Ausweichen zwingen, etwa wie ein Kirschkern zwischen den Fingern durch Zusammenkneipen der letztern vorwärts geschnellt werden kann.

Die obere schiefe Kante dieses Keils veranschaulicht die nach vorn erhobene Ebene des Flügels beim Aufschlage, in welchem Falle die Oberluft auf den schiefen Flügel ebenso vorwärts treibend wirkt, wie die Frictionsrollen auf den Keil. Dreht man die Vorrichtung um, so daß die obere schiefe Kante des Keils nun nach unten kömmt, so wird der Keil nach Anwendung des Drucks der Frictions-Rollen von unten nach oben ebenfalls nach vorn ganz wie vorher ausweichen, und hiermit ist der Niederschlag auf die untere schiefe Luftschicht repräsentirt.

Die Höhe des horizontalen Keils ist demnach der Raum, welchen der Flügel bei seinem Auf- und Niederschlage senkrecht durchläuft, während die Länge des Keils den Weg andeutet, den der Flügel und somit das Thier beim Auf- oder Niederschlage durchflog. Nimmt man z. B. an, daß die Höhe des Keils sich zur Keillänge wie 1 zu 10 verhalte, so wird auch bei jedem Flügelschlage das Thier um die zehnmalige Größe dieses Flügelschlages fortgetragen, und es ist daher leicht erklärlich, warum das Thier bei seinen verhältnißmäßig wenigen Flügelschlägen so weit vorwärts geschnellt wird. Je geringer nun diese Flügelebenen sich gegen den Horizont erheben oder neigen, um so größer wird offenbar auch der Raum seyn, welcher während eines Flügelschlages horizontal durchflogen wird.

Hier könnte man in Versuchung kommen zu glauben, daß ein äußerst spitzer Winkel am vortheilhaftesten sey; aber schon im vorliegenden Falle, wo sich die Keilhöhe zur Keillänge verhält wie 1 zu 10, dürfte es nicht leicht seyn, den Keil mittelst verticalem Drucke zur Vorwärtsbewegung |102| zu bringen, indem die erzielte Horizontalkraft zehnmal schwächer seyn wird, als der senkrechte Druck auf die schiefen Kanten des Keils (hierbei ist natürlich die Friction, die bei dem ziemlich spitzen Keil schon beträchlich seyn wird, ganz bei Seite gesetzt). In der höchst flüssigen Luft wird der Winkel der schiefen Flügelebenen allerdings noch kleiner seyn können als der eben erwähnte, daher es auch erklärlich ist, warum dieser Wechsel der Flügelebenen im Fluge selbst bei größern Vögeln dem Beobachter meist entgeht. Die Flügelgeschwindigkeit, wie gesagt, würde bei stets kleinern Winkeln eine immer beschleunigende seyn, wenn nicht beim Fluge wie beim senkrechten Falle der Körper die Luft selbst, welche das Thier durchschneiden muß, ein Hinderniß wäre, welches zuletzt den Flug nöthigt eine sich gleich bleibende Schnelligkeit anzunehmen.

Was bisher von der Structur des Schmetterlingsflügels gesagt wurde, gilt auch für die Flügel des Vogels. Der Flügel des letztern besteht zwar nicht aus einer so ununterbrochenen Fläche wie beim Schmetterlinge, aber die einzelnen Federn am Flügel (namentlich die längsten) bieten durch ihre breiten Fahnen an den hintern Kanten beim Auf- und Niederschlage des Flügels dieselben Eigenschaften zum Vorwärtsschieben, wie der ungetrennte Schmetterlingsflügel, so daß man sich den Vogelflügel als eine Zusammensetzung aus lauter kleinern Flügeln zu denken hat. Die vordere Fahne jeder Flügelfeder ist im Vergleich zu der hintern Fahne sehr klein, schmal und wenig biegsam; sie dient nur zur bessern Anlage der Nachbarfeder und ihrer breiten Fahne beim Flügelniederschlage; die Federn liegen nämlich im ausgespannten Zustande des Flügels dergestalt neben einander, daß sich die große Fahne der vordern Feder stets unter der kleinen Fahne der hintern Nachbarfeder befindet. Betrachtet man den Querschnitt des Flügels und seiner längern Federn und deren Fahnen, so wird dieser Querschnitt beim Flügelniederschlage die Gestalt von förmigen ineinandergreifenden Dachziegeln haben, also eine ununterbrochene Ebene darstellen, den Vogel sonach heben und nur vermöge der ungeschützten Spitzen der äußersten längsten Federn wird ein Vorwärtsschieben durch deren schiefe Flächen veranlaßt. Beim Flügelaufschlag werden sich hingegen die Federfahnen von einander trennen, ähnlich den geöffneten Streifen der Jalousieläden, und die nun verhältnißmäßig großen schiefen Flächen werden das Vorwärtsschieben des Vogels weit mehr begünstigen, als dieß beim Niederschlage möglich war, wozu noch die kürzern, dem Körper näher sitzenden Flügelfedern bei ihrer parallelen Lage mit |103| der Flugrichtung das Jhrige beitragen, indem diese kurzen Federn in Folge ihrer fast gleichbreiten Fahnen der Länge nach sich ebenso auf- und niederbiegen, wie ein zusammenhängender Schmetterlingsflügel.

Aus allem ist ersichtlich, daß der Vogelflug nicht mit dem Rudern im Schiffe verglichen werden darf, denn der Vogel bewegt die Flügel nicht ruderartig von vorn nach hinten, um sich vorwärts zu schwingen, sondern hier wirkt einzig und allein der senkrechte Auf- und Niederschlag vorwärtsschiebend, während das Ruder horizontal nach hinten bewegt werden muß und ohne Wirkung für das Fahrzeug zurückgeführt wird. Da der Vogel durch seine Flügel, welche auf die Luft drücken, getragen wird, so würde derselbe ohnehin, wenn er die Flügel ruderartig nach hinten bewegen wollte, vorn der Unterstützung entbehren und kopfüber herabstürzen.

Der gerade Flug oder das Vorwärtsfliegen in horizontaler Richtung ist nun wohl hinlänglich erklärlich, und es sollen daher nur noch einige Bemerkungen über die Direction des Fluges folgen.

Man glaubt meistentheils, daß die willkürliche Richtung beim Fluge in dem Schwanze des Vogels zu suchen sey, aber dieß ist nur bis zu einem gewissen Grade richtig, indem die Flügel nöthigenfalls allein schon hinreichen die Richtung zu bestimmen. Der rechte wie der linke Flügel hat, wie ich bereits bewies, die Eigenschaft, den Vogel vorwärts zu ziehen; wird diese Vorwärtsbewegung im rechten Flügel beschleunigt, so muß sich der Vogel nach links wenden; diese Beschleunigung des rechten Flügels kann entweder dadurch erreicht werden, daß derselbe größere Flügelschläge macht, oder daß der linke Flügel verkürzt oder mehr am Körper angelegt und damit dessen Wirkung vermindert wird.

Beide Umstände zugleich müssen die doppelte Wirkung thun, und durch die ungleiche Flügellänge wird sich der Körper nach der linken Seite herab neigen, wodurch dem Vogel die Wendung noch bedeutend erleichtert wird. Bei der Flugrichtung nach unten oder oben mag der Schwanz in Gemeinschaft mit dem Kopfe und dem verlängerten oder verkürzten Halse (wodurch der Schwerpunkt des Vogels bald mehr nach vorn oder hinten verlegt wird und daher ein Sinken oder Steigen bewirkt) einigen Nutzen haben, aber das Meiste thun auch hier die Flügel, denn diese gestatten außer ihrer senkrechten Bewegbarkeit beim Flügelschlag auch noch eine horizontale, so daß die Flügelspitzen entweder dem Kopfe oder Schwanze genähert werden können. Geschieht die Flügelhaltung nach dem Kopfe zu, so muß nothwendig |104| ein Steigen des Vogels stattfinden, indem der Schwerpunkt des letztern durch die mehr nach vorn gehaltenen Flügel nicht mehr getragen werden kann und so ohne Unterstützung hinten herabsinkt. Durch die entgegengesetzte Haltung der Flügel nach hinten wird auch eine entgegengesetzte Wirkung hervorgebracht, nämlich ein Herabsinken des Vorderkörpers. Der Schwanz dient außerdem durch seine horizontale Lage, die Schwankungen nach vorn oder hinten zu mindern, wenn der Vogel beim Auffluge die heftigsten Flügelschläge macht, ohne noch den zum gleichförmigen Fluge nöthigen Grad der Schnelligkeit erlangt zu haben; im fortgesetzten Fluge legt der Vogel den fächerförmigen Schwanz zusammen und nur, wenn er sich seinem Ziele nähert, breitet er die Schwanzfedern wieder aus und bringt außerdem seinen Körper mittelst der Flügel und dem nach rückwärts gebogenen Halse und Kopfe in eine mehr senkrechte Lage, wo nun durch die Flügel und Schwanzfedern bei dieser Haltung das schnelle Vordringen und Durchschneiden der Luft gehemmt, und der Stoß beim Niedersetzen des Vogels gegen die Füße gemindert wird.

Uebrigens sieht man ziemlich oft, daß Vögel, namentlich Tauben, die durch irgend einen Zufall die Schwanzfedern einbüßten, sich noch ganz geschickt im Fluge wenden, und es ist kaum zu bemerken daß ihnen der Mangel der Schwanzfedern sehr lästig wäre. Nur beim Schweben der größern Vögel kann man leicht beobachten, daß die nun ausgebreitete Schwanzfläche oft eine veränderliche ist und nach Art der Windmühlenflügel eine Drehung des Vogels nach rechts oder links zur Folge hat.

Was das anhaltende Schweben ohne merklichen Flügelschlag betrifft, welches nur größern Vögeln möglich ist, so wirkt hier der vorhergegangene active Flug mit dem Winde und ein nachheriges Drehen gegen denselben, wodurch das Thier, nach Art des Drachen an der Schnur, steigt; ohne Wind und vorherige Flügelschläge ist kein Schweben möglich. Die Luftsäcke, welche diese Vögel enthalten und die man oft als aerostatische Hebemittel anführen hört, dienen sicherlich mehr zur Respiration und keineswegs, um damit einzig und allein das Schweben zu ermöglichen.

Wie weit ein geschickt geworfener flacher Teller, ein Stein von der Luft getragen werden kann, ist allbekannt; aber nur bei einer gewissen Geschwindigkeit tritt dieses Tragen der Luft ein. Ebenso bedarf der Vogel zum leichten Fluge eine gewisse Geschwindigkeit, welche anfangs nicht nur durch höchst kräftige Flügelschläge erzielt wird, sondern |105| durch einen Sprung in den Flug; schlechte Flieger, wie die Hausgänse, die Trappen, bedürfen sogar eines anfänglichen Laufs, verbunden mit starken Flügelschlägen, um sich in den zum Fluge nöthigen Schuß zu bringen.

Um das Obengesagte so viel als möglich auch zur directen Anschauung zu bringen, habe ich ein kleines Schiff von anderthalb Fuß Länge gemacht, in welchem eine Uhrfeder, die in einer gezahnten beweglichen Trommel eingeschlossen ist, auf ein kleines gezahntes Rad wirkt. Am äußern Boden des Schiffchens sind zwei Flügel rechts und links angebracht, welche indeß nur eine senkrechte Auf- und Niederbewegung gestatten; durch zwei kleine Kurbeln am Wellbaume des kleinen Zahnrads werden die Flügel mittelst zweier Zugstängelchen so auf- und niedergestoßen, daß die Flügel, welche zusammen nur acht Quadratzoll Fläche haben, beständig ihre Flügelschläge unter dem Wasser thun. Jeder Flügel besteht aus einem Fischbeinstäbchen, welches durch eine gespannte Sehne von seidenen Fäden in einer horizontalen Krümmung gehalten wird. Der Raum zwischen dem Fischbeinbogen und der Sehne ist mit ausgespanntem Tafft versehen und bildet eine künstliche Feder, welche allen den erwähnten nothwendigen Bedingnissen zum Vorwärtsschieben entspricht. Das Triebwerk vermag etwa 50 Flügelschläge zu erzeugen und dabei wird das Schiffchen mit solcher beschleunigter Geschwindigkeit trotz der bloß senkrechten Flügelschläge 60 bis 80 Fuß fortbewegt, daß zuweilen auf sonst ganz ruhigem Wasser die Wellen vorn über das Schiffchen hereinschlagen. Der Mechanismus ist außerdem noch so getroffen, daß bald der rechte, bald der linke Flügel größere Flügelschläge macht, und man sieht hiemit, wie entschieden dieß auf die Drehung des Schiffes nach links oder rechts wirkt.

Nicht zufrieden, den Versuch im Wasser angestellt zu haben, erbaute ich auch einen Automaten, um in der Luft nach Art der Vögel zu fliegen; er gleicht einem Schmetterling, ist von einer Flügelspitze zur andern 1¾ Fuß breit und 1¼ Fuß lang. Die Gesammtfläche beträgt 72 Quadratzoll und das Gewicht 8¾ Loth (alles in schweizerischem Maaß und Gewicht). In der Mitte, gleichsam den Körper bildend, befindet sich eine sehr starke Taschenuhrfeder in einer unbeweglichen Trommel. Der Wellbaum, auf welchen die Feder vor dem Fliegen aufgewunden wird, endigt sich außerhalb der Trommel in zwei kleine Kurbeln mit Frictionsrollen, welche zwischen zwei Coulissen die Flügel zum Auf- und Niederschlagen zwingen. Da die Feder nur sieben Umdrehungen gestattet, so entstehen auch nur sieben Flügelschläge. Jeder |106| Flügel enthält fünf Federn von Fischbein und Tafft ganz in der Art, wie bei dem erwähnten Schiffe. Die Schwanzfläche besteht aus einem ausgespannten Stück Tafft und kann vor dem Fluge etwas auf oder nieder gestellt werden, damit ein Steigen oder Sinken beim Fluge eintrete.

Um den Flug einzuleiten, ist vorher noch der anfängliche Sprung, den ich beim Vogelflug erwähnte, nicht zu umgehen; ich bediene mich dazu einer gespannten cylindrischen Spiralfeder in einem Rohre, das ich in der Hand halte; das Ende der Spirale bildet einen Zapfen, auf welchen ich den Automat leicht anstecke; beim Abdrücken ohne Flügelschläge wirft dieß den Apparat um einige Schritte vorwärts auf den Boden. Noch muß einer kleinen Vorrichtung gedacht werden, welche in einer kaum drei Quadratzoll haltenden Fläche von gespanntem Tafft besteht, die sich anfangs senkrecht auf der Richtung des Fluges befindet, aber während des Stoßes der Spiralfeder sich durch den Luftwiderstand nach hinten niederlegt und hiemit die Uhrfeder frei macht, so daß nun die Flügelschläge beginnen. Da während dem Fluge des Automats kein Steuermann vorhanden ist, um jeden Vortheil, den Wind und Schwerpunkt bieten, zu benutzen, so gelingt nicht jeder Flug gleich gut und trägt nicht gleich weit, aber dennoch ist es überraschend zu sehen, daß, trotz des schwachen anfänglichen Stoßes durch die Spirale und bei nur sieben Flügelschlägen, der Apparat nicht selten zwanzig bis dreißig Fuß horizontal fliegt und dann erst in schiefer Richtung herabschwebt.

Diese Resultate, so mangelhaft sie auch zu nennen sind, zeigen indeß genügend, daß die mitgetheilten Beobachtungen und Erfahrungen über das Fliegen den richtigen Weg bezeichnen, den die Natur hierin vorschreibt, und auf welchem man allein nur hoffen darf zum Ziele zu gelangen, wenn man einmal im Ernst an die Verwirklichung des Menschenflugs denken wird.

Aus den „Verhandlungen der schweizerischen naturforschenden Gesellschaft;“ der Verfasser hat bei deren Versammlung am 2. August vorigen Jahres in Frauenfeld seine Ansichten über den Vogelflug vorgetragen und die Automaten in ihrer Wirkung gezeigt.

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