Aerodynamik Falken im Windkanal

Auf der Suche nach dem perfekten Flugzeugflügel wollen Luftfahrt-Ingenieure von Raubvögeln lernen. Hochgeschwindigkeitskameras helfen dabei.

Von Christian Endt

Wenn alles funktioniert, wird der Falke für einen kurzen Augenblick auf der Stelle fliegen. Mit Glück werden sich die Kraft seiner Flügel und der Gegenwind, den eine Turbine erzeugt, genau aufheben. Und zwar genau an der Stelle, die von den sieben grellen Scheinwerfern ausgeleuchtet wird, genau an dem Punkt, auf den die zehn Hochgeschwindigkeits-Kameras scharf gestellt haben. Dann können die Kameras den Flügelschlag am besten aufzeichnen. Dann gelingen die Bilder, die Martin Heinold braucht.

Heinold promoviert am Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik der Bundeswehr-Universität München. Der Campus erinnert mit dem hohen Zaun, den Soldaten im Wachhäuschen und den parallel stehenden Längsbauten eher an eine Kaserne als an eine Uni. Aber in einem Keller auf dem Gelände erforscht der Ingenieur Heinold, wie der Flug eines Falken genau funktioniert.

Der amerikanische Ornithologe Vance Tucker begann bereits in den 1960er-Jahren, Vögel durch einen Windkanal zu schicken. Seither versuchten sich mehrere Gruppen daran, der Physik des Vogelflugs auf diese Weise näherzukommen. Um Daten zu sammeln, hefteten Forscher den Tieren häufig irgendwelche Messgeräte an die Federn. "Wir wollten einen Versuchsaufbau, der möglichst wenig in das natürliche Verhalten des Vogels eingreift", sagt Heinold.

Moderne Kamera- und Softwaretechnik erlaubt es dem Luft- und Raumfahrttechniker, den Falken völlig frei durch einen Windkanal flattern zu lassen. Die Kameras machen derweil 1000 Bilder pro Sekunde. 80 Gigabyte Daten kommen so in dem nur wenige Sekunden dauernden Flug zusammen. Mit diesen Aufnahmen baut Heinold anschließend am Computer den kompletten Bewegungsablauf des Falken als virtuelles 3-D-Modell nach. "Alle weiteren Messungen etwa zu Umströmung, Auftrieb und Widerstand führen wir dann in der Computersimulation durch", erklärt er. So kann Heinold die Bewegung jedes Punkts auf dem Körper des Vogels nachverfolgen. In Zeitlupe sieht man, dass sich der Rumpf bei jedem Flügelschlag etwas nach oben bewegt und dann wieder absinkt. "Ein Punkt auf dem Rücken folgt ziemlich genau einer Sinuskurve", sagt Heinold.

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Für seine Versuche arbeitet der Ingenieur mit zwei Falknern zusammen. Die Tiertrainer haben das Weibchen Sheila und das etwas kleinere Männchen Sokrates mit ins Labor gebracht. Es sind Sakerfalken, eine ziemlich große Art, die oft zur Jagd eingesetzt wird; in freier Natur leben sie in Steppenregionen in Osteuropa und Asien. Zuerst bereitet sich Sokrates auf seinen Flug vor. Sheila hat Pause, sie sitzt mit einer Lederhaube über dem Kopf regungslos auf dem Rand einer Kiste.

Falkner Helmut Achatz trägt Sokrates in den Windkanal. Er geht in die Hocke, der Vogel sitzt ruhig auf seiner linken Hand. Achatz trägt einen Klettergurt um die Hüfte, mit dem er sich nun an zwei Haken am Boden anseilt. Wenn gleich der Wind einsetzt, werden die Seile verhindern, dass er umgeweht wird.