Die Kinematik der Schlagflügelbewegungen von Dipteren Methodische und analytische Grundlagen zur Biophysik des Insektenflugs

Zusammenfassung

• 1. Methoden und Deskriptionssysteme wurden entwickelt, mit denen sich die vorhandenen Fälle des Insektenflugs erforschen und beschreiben lassen.

• 2. Unphysiologischer ortsfester Flug ohne Anströmung und der physiologische „freie“ Flug, wie er vor dem Windkanal eingestellt werden kann, unterscheiden sich in einer Reihe kinematischer Parameter. Alle zur vollständigen Beschreibung nötigen Parameter werden als Zeitfunktionen quantitativ gegeben.

• 3. Die Biegeschwingung des Flügels kann möglicherweise durch ein Resonanzsystem gesteuert werden.

• 4. Die Drehschwingung des Flügels (Anstellwinkelverstellung) wird aktiv durch Muskelkraft und Gelenkführungen gesteuert. Sie verstellt den aerodynamischen Anstellwinkel so, daß er in jedem Bahnpunkt optimal ist.

• 5. Beim Abschlag ist die morphologische Unterseite, beim Aufschlag die morphologische Oberseite die aerodynamische Druckseite.

• 6. Während des Abschlags wird der Hauptauftrieb, jedoch nur im mittleren Teil Vortrieb erzeugt. Wahrend der ersten Hälfte des Aufschlags wird neben leichtem Auftrieb in der Hauptsache Vortrieb erzeugt. Die zweite Hälfte erzeugt keine aerodynamisch günstigen Luftkräfte.

• 7. Die träge Rumpfmasse verhindert jede Schwankungsbewegung des Tieres.

• 8. Die Umklappbewegungen an den Umkehrpunkten der Flügel werden aktiv gesteuert und laufen unter geringstmöglichen Luftkraftverlusten ab.

• 9. Luftkräfte beeinflussen Form und Zeitverlauf der Flügelschwingung.

• 10. Die Flügel führen keine einfache harmonische Schwingung aus.

• 11. Sekundärschwingungen mit zehnmal höherer Frequenz und Abknickbewegungen an den Flügeln werden statisch ertragen.

Summary

• 1. Methods and systems of description were developed which allow the investigation and description of different kinds of insect flight.

• 2. Unphysiological flight in fixed position in still air and the physiological case of “free flight” as it can be induced by wind tunnels show a number of different kinematic parameters. All the parameters necessary for a complete description are given quantitatively as functions of time.

• 3. Up and down oscillation of the wing is possibly steered by a resonance system.

• 4. The twisting oscillation of the wing (adjustment of the angle of attack) is steered actively by muscular forces and by the special construction of the joint. It keeps the angle of attack optimal at each point of the wing's path.

• 5. The morphological lower and upper side of the wings represent the aerodynamical pressure side during the downstroke and upstroke respectively.

• 6. During the downstroke the main lift is generated, but only during the midstroke any thrust. During the first half of the upstroke much thrust is generated in addition to small lift. The second half does not generate aerodynamically useful forces.

• 7. The inertia of the mass of the body prevents the insect trunk from any oscillation.

• 8. Twisting motion at the upper and lower end-points of the wingstroke are steered actively. They result in only little losses of air forces.

• 9. Air forces influence shape and time course of the wing's oscillation.

• 10. The time function of the wing motion is not harmonic.

• 11. Secondary vibrations of tenfold higher frequencies and motions during which wings are sharply bent back are tolerated staticly.