John J. Videler. Hoe vogels vliegen SOVON Foto: Herman Berkhoudt

Transcriptie

1 John J. Videler Hoe vogels vliegen SOVON 2012 Foto: Herman Berkhoudt

2 Grote albatros: spanwijdte 324 cm Kleinste vogel: bijkolibrie (2 g)

3 Brandgans Schouderveren Vleugeldekveren Duimvleugel Kleine armslagpennen Grote handslagpennen Armvleugel Handvleugel

4

5 Bewegingsvrijheid van de vleugel Schouder Eivormig kogelgewricht: op- en neerslag en rotatie naar voor en achter Elleboog De structuur van het elleboog gewricht beperkt verticale rotaties van de gestrekte vleugel In het horizontale vlak: Spaakbeen Handwortelbeentjes Opperarmbeen Pols Ellepijp Handskelet Twee gewrichten Distale kop op van het opperarmbeen is bolvormig, spieren drukken spaakbeen langs de ellepijp bij buiging 1. Verschuiving van het spaakbeen roteert handwortelbeentjes en handskelet 2. Handskelet roteert in een gewricht gevormd door de kop van de ellepijp en de handwortelbeentjes (Grijs gearceerde delen bewegen niet)

6 Hoe is een vogelvleugel gebouwd? De rechter vleugel van een havik doorsnede door een slagpen Handvleugel: Scherpe voorkant schuin naar achteren gericht duimvleugel Armvleugel is een draagvleugel: Ronde voorkant loodrecht op de vliegrichting Hoe vliegt een draagvleugel?

7 De ontdekker van de draagvleugel bij vogels: Otto Lilienthal ( ) Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst (1889) Bestudeerde vogels en ontdekte de conventionele vleugel waarmee nog steeds vrijwel alle verkeersvliegtuigen vliegen

8 Hoe werkt een conventionele draagvleugel? Noordse stormvogel Een doorzichtig Perspex model van een armvleugelprofiel. Getest in een water tunnel gevuld met zwevende deeltjes _ Drukverschil + Resulterende neerwaartse stroming Een plaat laserlicht loodrecht op de lengteas van de vleugel verlicht de deeltjes. Foto s van de deeltjes 0.04 s na elkaar geven de plaatselijke richting en snelheid van de stroming. Vleugel wil omhoog hoe werkt dat precies?

9 De werking van een draagvleugel tijdens de vlucht: Een profiel van een draagvleugel heeft een ronde voorkant en een scherpe achterkant, is vlak of hol van onder en bol van boven De vleugel dwingt de lucht om de ronde voorkant heen Boven de vleugel versnelt de lucht en volgt het bolle oppervlak Onder de vleugel vertraagt de lucht upwash Reactie: vleugel ondervindt lift downwash Bernoulli effect: de luchtsnelheid is boven de vleugel hoger dan er onder en dat gaat gepaard met drukverschillen Stroperigheid zorgt ervoor dat de (in een open ruimte) onsamendrukbare (en niet uitrekbare) lucht het gebogen oppervlak volgt. (Vergelijk het Coanda effect) _ Drukverschil + Newton s derde wet Actie: lucht wordt naar beneden gestuwd Kracht op het glas Kracht op de waterstraal

10 De werking van een draagvleugel bij de start: Wagner effect: Een vleugel heeft snelheid en tijd nodig voor het ontwikkelen van de volle liftkracht Tijd Snelheid Nadelen conventionele vleugel: Werkt alleen bij hoge snelheid Heeft tijd nodig om lift te genereren De startwervel blijft achter: Voor vliegtuigen betekent dat: Lange startbanen Hoge landingssnelheid

11 Vliegtuigen vliegen als een zwevende ooievaar zonder handvleugels Wat is de functie van de handvleugel? Al 100 jaar lang geen nieuw principe!

12 In de leer bij de beste vlieger: De gierzwaluw (Apus apus) Extreem aangepast aan het vliegen: Vliegen dag en nacht Slapen, foerageren en copuleren in de lucht Trekvogels over lange afstand 110 km per uur Korte armvleugel, Zeer lange handvleugel

13 Gierzwaluw hand arm arm hand Zangvogel

14 De gierzwaluw in zweefvlucht: Handvleugel met scherpe voorrand genereert een voorrandwervel Armvleugel met conventionele omstroming 0.1 mm

15 Hoe werkt de voorrandwervel? Boven een naar achteren gerichte platte vleugel met een scherpe voorrand onder een kleine hoek aangestroomd ontstaat een spiraalvormige wervel waarin de lucht snel ronddraait. Door de hoge snelheid is de druk laag. Dat levert een dwarskracht op loodrecht op het vleugeloppervlak: te ontbinden in weerstand en opwaartse kracht Dwarskracht Opwaartse kracht Vleugelprofiel Weerstand Luchtstroming We zien een spiraalvormige werveling die zich verplaatst naar de vleugelpunt toe Eigenschappen: Ontstaat instantaan (geen Wagnereffect) Hoge lift en weerstand Systeem is niet erg gevoelig Draaiing van de handvleugel controleert de richting van de dwarskracht

16 De zwevende gierzwaluw en de Concorde gebruiken voorrand wervels om lift te genereren! Wat kunnen we daarvan leren?

17 Het ultieme verkeersvliegtuig Beide vogelvleugel principes toegepast en een gestroomlijnd lichaam van een snelle vis: het grootste volume met de laagste weerstand Ronde voorrand Scherpe voorrand Voordelen: Kortere startbanen Lagere start en landing snelheid Meer passagiers, lagere brandstofkosten

18 Zijn er ook voorrand wervels in slagvlucht? Tijdens slagvlucht zijn vleugels meestal gestrekt en minder naar achteren gebogen: Vraag: hoe wordt de voorrandwervel naar de vleugelpunt afgevoerd? Swiftlet (Collocalia linchi): transparant Perspex model

19 Voorrandwervel is aanwezig tijdens de hele neerslag Hij wordt afgevoerd door centrifugale kracht bij de neerslag Zijaanzicht Perspectief Stroomrichting Stroming halverwege de neerslag: boven de vleugel

20 Weten we nu alles over vogelvleugels? De meeste vogels hebben naast een hand- en een armvleugel ook nog een duimvleugel: Functie nog onbekend! Wat we wel weten staat in Hoe vogels vliegen

21 Mijn Nederlandstalige boeken over het onderwerp zijn hier te koop bij Natuur en Boek in Naturalis stand 78 Tevens de laatste exemplaren van Ik signeer ze daar graag! Bedankt voor de aandacht.