Titel: | Theorie des Vogelflugs und Construction eines fliegenden Automaten; von H. Kummer. |
Fundstelle: | Band 117, Jahrgang 1850, Nr. XV., S. 100 |
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XV.
Theorie des Vogelflugs und Construction eines
fliegenden Automaten; von H.
Kummer.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.
Kummer's Theorie des Vogelflugs.
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 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 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 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 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
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 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.