Johanna Send und Dr. Wolfgang Send
- GbR -


Dr. Wolfgang Send
Bewerbung um den Berblinger-Preis 2006 der Stadt Ulm

Schwingenflieger «Berblinger 2»
Studie der Machbarkeit

 
Schwingenflieger Berblinger 2Schwingenflieger Berblinger 2 -  Studie der Machbarkeit (525 kB)
Ausgabe Oktober 2006 mit kleinen redaktionellen Änderungen anlässlich der Mitteilung der Stadt Ulm, zu den Preisträgern zu gehören.

Besuchen Sie auch unsere Seite www.aniprop.de zur Physik des Fliegens.

Beigaben:

Berblinger2_3kN - Datenblatt zur Studie der Machbarkeit
Excel Datenblatt mit der klassischen zweidimensionalen Theorie der instationären Luftkräfte einer schwingenden Platte für gekoppelte Schlag- und Drehschwingung. Weitere Datenblätter mit Auslegungsdaten unter Schwingenflug und Muskelkraft. Ausführliche Literaturangaben und Arbeiten von W. Send.
Hinweis: Das Datenblatt kann auch unter dem Betriebssystem Linux geöffnet werden, wenn OpenOffice installiert ist; allerdings werden einige Sonderzeichen nicht richtig wiedergegeben.

"Eskalibri in Göttingen" - Film über den Schwingenflieger Eskalibri

Schwingenflieger "Eskalibri" von Kurt Saupe, beobachtet und untersucht im Rahmen des XLAB International Science Camp 2005 in Göttingen im DLR_School_Lab (WMV Datei, 10 MB, 14:26 min). Der Film belegt die in der Studie getroffene Feststellung, dass mit einem künstlichen Vogel erstmals ein Bodensstart gelungen ist. Der Film ist auch als DVD in guter Qualität verfügbar und wird gegen eine Gebühr von 10 EUR zugesandt.

Schwingenflieger Berblinger 2 Der Traum vom Fliegen
W. Send, Der Traum vom Fliegen, Naturwissenschaftliche Rundschau (NR), 56 Jahrgang, Heft 2 (656), S. 65-73, Februar 2003.
             
Eskalibri und Berblinger2

Die Bewerbung ist erfolgreich gewesen und hat im Rahmen des Berblinger-Wettbewerbs einen Sonderpreis der Stadt Ulm erhalten  (Pressemitteilung der Stadt Ulm). Die Übergabe erfolgte im Rahmen einer Feierstunde und der Vorstellung der Projekte im Rathaus der Stadt Ulm am Samstag, dem 25. Novermber 2006.

Berblinger 2 - Kurzpräsentation für die Vorstellung des Projekts nach der Preisübergabe - 5.7 MB

In der Präsentation laufen folgende Kurzfilme, die separat kopiert werden müssen:
Start und Landung des Eskalibri  - Kurzer Zusammenschnitt aus "Eskalibri in Göttingen" - MPEG  12.5 MB
Film J.D. DeLaurier vom 8. Juli 2006 (Erstflug eines bemannten Ornithopters mit  Motorantrieb) - MPEG 9.4 MB

Bericht von JDD über das historische Ereignis des  Erstflugs am 8. Juli 2006 - PDF Dokument

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Dr. Wolfgang Send
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Hinweise

Letzte Änderung: 10.10.2014


Der Traum vom Fliegen
Wolfgang Send
Naturwissenschaftliche Rundschau 56 (2003), S. 65-73 - PDF

Abbildungen und Literatur

Abb. 1. Die Inschrift mit einem Text von Leonardo [1] spricht nur eine Hoffnung aus: "Er wird seinen Flug aufnehmen, der große Vogel ... Und er wird das Universum mit Erstaunen erfüllen, alle Schriften mit seinem Ruhm ...". [Photo Wolfgang Send]
Zu verwendende Grafik Abb. 1 - 43 kByte, *.JPG
 
 
 

Abb. 2. Otto Lilienthal 1894 mit dem kleinen Schlagflügelapparat. Die beweglichen Tragflächenenden sollen den Widerstand vermindern durch eine zusätzliche Vortriebskraft. Einen praktischen Einsatz hat der Mechanismus nicht mehr erfahren. [Archiv Lilienthal Museum Anklam]
Zu verwendende Grafik Abb. 2 - 635 kByte, *. JPG
Hochwertige Grafik des Lilienthal Museums: wurde wieder entfernt.
 

Abb. 3. Die spezifische Belastung der Trag-flächen von Fliegern ordnet sich über einen großen Bereich um eine Gerade, wenn man sie in doppelt-logarithmischem Maßstab über dem Gewicht des Fliegers aufträgt. Die verschiedenen Abschätzungen von liegen dicht beieinander.
Zu verwendende  Grafik Abb. 3 - 368 kByte, *. JPG
 

Abb. 4. Das Fluggerät Daedalus im Boston Museum of Natural History mit fußbetriebenem Propeller. Auch ein menschlicher Schwingenflieger wird eine ähnliche Konstruktion der Pilotenkabine haben müssen. Nur unter optimalem Einsatz der Beinmuskulatur kann der menschliche Körper die geforderte Leistung aufbringen, die in eine Schwingenbewegung der Tragflächen umgesetzt wird. [Photo mit freundlicher Genehmigung von John H. Lienhard, Houston University]
Zu verwendende Grafik Abb. 4 - 199 kByte, *.JPG
 

Abb. 5. In dieser Abbildung aus Lilienthals Buch (Tafel VIII, [16] sind die wesentlichen Merkmale des Schwingenflugs zusammengefasst. Schlagen, Drehen und Schwenken sind die kinematischen Grundmuster. Beim Aufschlag ist der Flügel positiv angestellt, beim Abschlag (Niederschlag) negativ verdreht. Der kürzere absolute Weganteil bei Aufschlag wird durch das Zurückziehen des Flügels (Schwenken) beim Aufschlag erreicht. Lilienthal gibt eine Fluggeschwindigkeit von 12 m/s an. Die Schlagfrequenz ist etwa 2 Hz.
Zu verwendende Grafik Abb. 5 - 344 kByte, *.TIF
 

Abb. 6. Fig. 110 aus Mareys "La Machine Animale" mit den drei Freiheitsgraden der Bewegung (Verlauf von rechts nach links): Schlagen (HB), Drehen (S) und Schwenken (AP), gemessen an einem Bussard. Das Schwenken wird wie bei Lilienthal auch indirekt sichtbar durch den längeren absoluten Weganteil des Abschlags. Die Spuren der Nadeln seiner Druckmesser auf Rußwalzen sind ein bedeutendes historisches Zeugnis. Für eine quantitative Auswertung bedürfte es einer genauen Analyse des gesamten Datenmaterials nach heutigen Gesichtspunkten. Aus [4]
Zu verwendende Grafik Abb. 6 - 17 kByte, *.TIF

Abb. 7. Die drei Bewegungen Schlagen, Schwenken und Drehen (von oben nach unten) des Vorderflügels einer Wanderheuschrecke [17]. Das einfachste Modell eines Tierflügels verlangt 10 Parameter unter der Annahme einer harmonischen Schwingung der drei Bewegungsanteile: Drei stationäre Werte (Index "S") und drei Amplituden der instationären Bewegung (Index "0"). Zwei Phasenlagen des Schlagens und des Schwenkens relativ zur Drehung als Bezugsbewegung. Ferner die Schlagfrequenz f = 1/(55 ms) = 18 Hz und die Geschwindigkeit von = 2,5 m/s, die dem Bild nicht zu entnehmen ist.
Zu verwendende Grafik Abb. 7 - 461 kByte, *. JPG
 

Abb. 8. Das einfachste Modell für die Bewegung eines Tierflügels geht von Drehungen einer starren Tragfläche in einem punktförmigen Gelenk aus: Schlagen , Drehen und Schwenken . Die gleichförmige Bahnbewegung kommt als vierter Freiheitsgrad hinzu.
Zu verwendende  Grafik Abb. 8 - 113 kByte, *. JPG
 

Abb. 9. Beiwerte der über eine Schwingungsperiode gemittelten Leistung in Bahnrichtung (Translation) sowie aufgebrachter Schlag- und Drehleistung, alle bezogen auf das Quadrat der Drehamplitude. Wirkungsgrad als Verhältnis von erzielter Vortriebsleistung zu aufgebrachter Leistung beim Schlagen und Drehen. Achse der Drehbewegung bei 1/4 der Flügeltiefe hinter der Vorderkante, Kennzahl = 0,15.
Zu verwendende  Grafik Abb. 9 - 393 kByte, *. JPG
 
 

Literatur

[1] J. P. Richter: The Literary Works of Leonardo da Vinci Vol. II. London 1883.

[2] E. v. Holst, Biol. Zentralblatt 63, 289 (1943).

[3] H. Tennekes: Kolibris und Jumbo-Jets. Basel 1997.

[4] E. J. Marey: La Machine Animale. Paris 1891.

[5] R. K. Josephson, J. exp. Biol. 114, 493 (1985).

[6] G. Fischer (Hrsg.): Daedalus - die Erfindung der Gegenwart. Basel/Frankfurt a.M. 1990.

[7] G. Neumann, Z. f. Sportmedizin 51, 169 (2000).

[8] W. Send, ZAMM 72, 113 (1992).

[9] dpg96_vortrag_send.pdf

[10] Fluid-Struktur-Wechselwirkung. VDI-Bericht 1682. Düsseldorf 2002.

[11] K. Herzog: Anatomie und Flugbiologie der Vögel, Stuttgart 1968.

[12] aniprop_physbl01_send.pdf

[13] W. Send, F. Scharstein: Artificial Bird in Tethered Flight - Demonstration and Aerodynamics. Biona Report 13, 195. Jena 1998.

[14] natrs03_xlsmodell_send.html

[15] F.O. Lehmann, Natwiss. Rundschau 53, 223 (2000).

[16] O. Lilienthal: Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst. Berlin 1889.

[17] M. Wortmann, Diss. Univ. Göttingen, Zool. Inst., 1991.

Kasten 1:

Flächenbelastung und Gewicht

Die Konstante in der spezifischen Belastung in Abbildung 3
 
(1)

folgt in einer groben Abschätzung bereits aus dem Gewicht eines rechteckigen Tragflügels. Erforderliche Angaben sind nur seine mittlere Dichte , seine mittlere relative Profildicke (Dicke d zu Flügeltiefe) und das Verhältnis von Spannweite b zu Flügeltiefe .Es folgt:
 
(2)

g ist die Erdbeschleunigung (~10 m/s²). Mit für ein lebendes Gewebe ("Wasser"), 1/10 für die relative Profildicke und 10 für erhält man mit . In Abbildung 3 ist der Zahlenwert 40 verwendet. Die Darstellung bei Marey ([4], S. 233) entspricht einer Umformung von Gleichung (1) in die Gestalt
 
(3)

 

Kasten 2:

Auftrieb, Widerstand und Leistung

Über weite Geschwindigkeitsbereiche ist der an einer Tragfläche bei der Geschwindigkeit hervorgerufene Auftrieb A, die Kraft senkrecht zur Bahnrichtung, proportional zur Grundrissfläche S und dem so genannten Staudruck 
 
(4)

Die Proportionalitätskonstante heißt Auftriebsbeiwert. Entsprechend wird auch der Strömungswiderstand W durch einen Widerstandsbeiwert beschrieben:
 
(5)

Die mit Schub T zur Überwindung des Strömungswiderstands vom Flieger aufzubringende Leistung ist . Der zugehörige Leistungsbeiwert ist zahlenmäßig (W + T = 0) so groß wie der Widerstandsbeiwert:
 
(6)

Der Auftrieb steht definitionsgemäß senkrecht auf der Bahnrichtung und verlangt daher keine zusätzliche Leistung. Die Leistung P des Fliegers bezogen auf seine Gesamtmasse M heißt die spezifische Leistung w = P/M (W/kg). Der Staudruck
 
(7)

für ein Fluid der Dichte hat die Dimension N/m². Motiviert wird die Definition durch den Energieinhalt einer kleinen Masse in der Anströmung je Volumeneinheit (=/). Für die Dichte der Luft sei stets 1,2 kg/m³ eingesetzt.