TY - THES T1 - Schlagflug des Stars (Sturnus vulgaris) im Windkanal mit und ohne respiratorische Maske: Kinematik, Aerodynamik und Energetik A1 - Möller,Udo Y1 - 2006/07/13 N2 - Neben direkten Messungen der metabolischen Leistung mittels Respirometrie oder anderer Verfahren stellen aerodynamische Modelle die Grundlage der Diskussion zur Flugenergetik dar. In der Arbeit wird die Untersuchung von aerodynamischen und kinematischen Parametern, die als Grundlage für aerodynamische Modellrechnungen dienen, und die Beschreibung des Einflusses des Tragens einer respiratorischen Atemmaske mit Schlauch beim Windkanalflug eines Stars (Sturnus vulgaris) auf diese Parameter untersucht. Ein Star wurde für den Streckenflug im Windkanal bei verschiedenen Geschwindigkeiten mit und ohne respiratorische Maske trainiert. Ausgewählte Flüge bei vier Geschwindigkeiten (6m/s, 8m/s, 10m/s, 13m/s) mit und ohne respiratorische Maske wurden mittels zweier synchronisierter Hochgeschwindigkeitskameras mit 255 Bildern/s gefilmt. Die stereophotogrammetrische Filmauswertung und die Ermittlung von Raumkoordinaten aus digitalisierten Bildpunkten von 5 aufeinanderfolgenden Flügelschlägen wird beschrieben. Die Auswertemethoden, die Rechenwege sowie die Vorgehensweise werden erläutert, dabei auftretende Fehler werden abgeschätzt und auf ihre Auswirkungen auf die Ergebnisse diskutiert. Die Auswahl der für die kinematische Analyse benutzten Größen wird erläutert und der Einfluss der Geschwindigkeit und des Tragens der Maske auf Rumpf-, Flügel- und Schwanzkinematik werden dargestellt. Der Star ändert seine Kinematik in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit und dem Tragen der Maske. Beim Tragen der Maske treten zusätzliche Kräfte auf (erhöhter Widerstand, zusätzliches Nickmoment), welche diese Flüge unruhiger erscheinen lassen, was sich z. B. durch stärker aus dem Gefieder herausragende Beine, Öffnen des Schnabels und häufigere Positionswechsel zeigt. Die Ergebnisse der kinematischen Analyse und die durch Windkanalmessungen von GESSER (1998) an einem Starenmodell gewonnenen Resultate dienen der Berechnung des von den Flügeln erzeugten Hubs und Schubs anhand eines einfachen aerodynamischen Modells unter der Annahme stationärer Strömungsverhältnisse. Der Einfluss von Anstellwinkel, Fläche und Anblasgeschwindigkeit des Arm- und Handfittichs auf die von den Flügeln erzeugten Kraftkomponenten (Auftrieb, Widerstand, Hub, Schub) wird erläutert. Die Ergebnisse der Berechnungen bei 13m/s werden dargestellt. Der Handfittich erzeugt während des Abschlags 40% mehr Auftrieb und 55% mehr Hub als der Armfittich. Beim Flug mit Maske sind Auftrieb und Widerstand größer als ohne Maske (40% Armfittich, 50% Handfittich für den Auftrieb und 50% bis 130% für den Widerstand). Die Huberzeugung oszilliert flügelschlaggebunden. Der im Flug mit Maske während des Abschlags erzeugte Hub ist um etwa 30% größer als beim Flug ohne Maske. Die Schuberzeugung geht vor allem auf den Handfittich zurück, dieser erzeugt während des gesamten Abschlags positiven Schub. Beim Flug mit Maske ist das Schubmaximum des Handfittichs um 45% bis 145% gegenüber dem Flug ohne Maske erhöht und steigt damit stärker an als der Hub. Der mittlere Hub für die 5 untersuchten Flügelschläge übersteigt den anhand von Windkanalmessungen an einem Starenmodell in Gleitflughaltung abgeschätzten erforderlichen Hub für die Überwindung des Vogelgewichts sowie die Aufwärtsbeschleunigung im Windkanal sowohl für den Flug mit als auch ohne Maske um 74% (mit Maske) bzw. 45% (ohne Maske). Der mittlere Schub ist für den Flug ohne Maske um 23% und für den Flug mit Maske um 4% geringer als der erforderliche Schub für die Überwindung des parasitären Widerstands von Rumpf, Schwanz, Beinen und Maske plus dem für eine Vorwärtsbeschleunigung notwendigen Schub. Anhand von 3 mathematisch-aerodynamischen Modellansätzen nach der Impulsstrahltheorie bzw. der Ringwirbeltheorie werden die parasitäre und induzierte Leistung sowie die Profilleistung berechnet, die mechanische Flugleistung als deren Summe für die untersuchten Flüge bestimmt, wobei der Einfluss der aus dem Gefieder herausragenden Beine sowie der Einfluss von Maske und Schlauch auf die par. Leistung berücksichtigt wird. Mit steigender Geschwindigkeit nimmt die mechanische Leistung zu, mit Maske sind die Flüge energetisch ungünstiger, der Unterschied ist im mittleren Geschwindigkeitsbereich geringer. Die mechanische Leistung nimmt nach der Ringwirbeltheorie beim Ansatz nach GESSER/RAYNER von 1.025W bei 6 m/s auf 1.720W bei 13m/s beim Flug ohne Maske zu, mit Maske steigt die Leistung von 1.474W bei 6m/s auf 3.033W bei 13 m/s. Das Tragen einer respiratorischen Maske mit Schlauch zeigt einen deutlichen Einfluss auf die ausgewählten Größen. Die Flüge mit Maske sind unruhiger, die Schwankungen größer als beim Flug ohne Maske und der Vogel produziert verstärkt Hub und Schub. Der Einfluss von Maske und Schlauch überlagert zudem den Einfluss der Windgeschwindigkeit. In der Summe nimmt die mechanische Flugleistung beim Tragen der Atemmaske um minimal 3% (8m/s) bis maximal 65% (13m/s) zu, wenn man sie auf gleiche Vogelmasse skaliert. KW - Kinematik KW - Energetik KW - Aerodynamik KW - Vogelflug KW - Photogrammetrie KW - Windkanal CY - Saarbrücken PB - Universitäts- und Landesbibliothek AD - Postfach 151141, 66041 Saarbrücken UR - http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2006/641 ER -