Wissenschaftler haben endlich herausgefunden, warum Vögel in V-Formation fliegen
Warum Gänse, Ibisse und viele andere Vögel sich bei Langstreckenflügen in einer Keilformation aufreihen, wissen Wissenschaftler bereits seit Langem: Eine solche Formation hilft, Energie zu sparen. Doch bis heute blieb es ein Rätsel, auf welche Weise genau dieser Effekt zustande kommt.
Forscher der Brown-Universität haben die bislang ausführlichste Erklärung vorgelegt. Es hat sich herausgestellt, dass Vögel, die hinter und etwas seitlich vom Anführer fliegen, die Amplitude ihrer Flügelschläge dank der vom vorausfliegenden Vogel erzeugten Luftströmungen erheblich verringern können.
Einzelheiten
Die Studie befasst sich mit den Nördlichen Kahlkopfibissen (Geronticus eremita), die wie viele andere große Vögel während ihrer Zugflüge eine charakteristische V-Formation bilden.
Um zu verstehen, warum diese Flugformation so effizient ist, entwickelten die Wissenschaftler ein aerodynamisches Modell, das die Wechselwirkung zwischen zwei Vögeln nachbildet. Dieses berücksichtigte nicht nur die Position der Vögel zueinander, sondern auch, wie sich die Luftströmungen nach jedem Flügelschlag verändern.
Während des Fluges erzeugen die Flügelspitzen rotierende Luftwirbel. Nimmt der nachfolgende Vogel die richtige Position etwas hinter und seitlich ein, gerät er in einen Aufwind, der ihm hilft, sich vorwärts zu bewegen.
Bislang waren sich die Forscher uneinig, ob dieser Luftstrom zusätzlichen Auftrieb erzeugt oder den Luftwiderstand verringert. Die neue Studie zeigt, dass der Haupteffekt darin besteht, den Bedarf an eigenem Schub zu verringern.
Genau aus diesem Grund kann der Vogel seine Flügel deutlich weniger intensiv schlagen. Dem Modell zufolge verringert sich die Amplitude der Flügelschläge im Vergleich zum Alleinflug um etwa 70 %.
Infolgedessen sinkt die zur Aufrechterhaltung des Fluges erforderliche mechanische Leistung um etwa 11 %.
Dabei weisen die Autoren darauf hin, dass frühere Experimente im Windkanal eine Gesamtenergieeinsparung von bis zu 25 % gezeigt hatten. Das neue Modell steht nicht im Widerspruch zu diesen Daten, sondern erklärt den physikalischen Mechanismus, der diesem Effekt zugrunde liegt.
Für die Berechnung zerlegten die Forscher den Flug buchstäblich in eine Abfolge einzelner Zeitpunkte. An jedem dieser Zeitpunkte bestimmten sie die Position der Wirbel, der Flügel beider Vögel sowie die wirkenden aerodynamischen Kräfte und fassten die Ergebnisse anschließend zu einem Gesamtbild zusammen.
Das daraus resultierende Modell stimmte gut mit den Ergebnissen früherer Experimente überein und ermöglichte es erstmals, detailliert zu erklären, wie der Luftstrom des Vorfliegers den Flug des nachfolgenden Vogels erleichtert.
Warum dies wichtig ist
Die Arbeit trägt dazu bei, nicht nur das Verhalten von Vögeln, sondern auch die Gesetze der Aerodynamik besser zu verstehen.
Die Autoren sind der Ansicht, dass die gewonnenen Erkenntnisse bei der Entwicklung von Steuerungsalgorithmen für Drohnenschwärme von Nutzen sein könnten. Wenn Drohnen die Luftströmungen ihrer Artgenossen ebenso effektiv nutzen können wie Vögel, lässt sich dadurch die Flugreichweite erhöhen und der Energieverbrauch bei der Ausführung von Aufgaben senken, beispielsweise bei der Überwachung landwirtschaftlicher Flächen oder der Bekämpfung von Waldbränden.
Quelle
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht.
Titel: Ein minimales Wirbelschleppenmodell erklärt den Formationsflug von flatternden Vögeln.