Den Modellfliegern unter euch wird es vielleicht schon bekannt sein, für mich ist das Phänomen aber neu und interessant: Die Möglichkeit eines Flugobjektes, ohne irgendwelche Aufwinde an Energie und somit an Geschwindigkeit oder Höhe zu gewinnen.

Wie geht das? Das Ganze nennt sich Dynamic Soaring und basiert darauf, dass in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Windgeschwindigkeiten herrschen und nun der Windgradient (Änderung der Windgeschwindigkeit), welcher zwischen diesen Bereichen herrscht, durch schlaues hin- und herfliegen ausgenutzt werden kann. Dabei muss, wie gesagt, nirgendwo Aufwind herrschen. Es wird klarer mit folgender Grafik:

Das Ganze beginnt z.B. damit, dass das Flugobjekt durch irgendwelche Quellen seine Geschwindigkeit im Lee-Bereich erhöht. Es befindet sich jetzt am untersten Punkt der roten Ellipse, besitzt eine gewisse Menge an kinetischer Energie (und potentieller, welche sich aber nicht weiter reduzieren soll), fliegt in toter Luft und geht in den Steigflug über. Dabei gewinnt es an Höhe und somit potentieller Energie, verliert dabei aber Geschwindigkeit und damit kinetische Energie. So weit, so gut.

Irgendwann wird das Flugzeug, jetzt schon recht langsam, in den Gegenwindbereich eintreten. Zur Geschwindigkeit, welche das Flugzeug gegenüber dem Boden besitzt, kommt jetzt also noch die Geschwindigkeit der umgebenden Luft hinzu. Diese “Zusatzgeschwindigkeit” erlaubt es dem Flugzeug, weiter zu steigen, als das dies möglich wäre, wenn es weiter in toter Luft steigen würde => die Summe der Energie, welche das Flugzeug jetzt besitzt, ist höher als am untersten Punkt und es besitzt im Extremfall die Geschwindigkeit der hier bewegten Luft.

Das Flugobjekt geht jetzt in den Sturzflug über und beschleunigt dadurch. Irgendwann wird die Grenze zur toten Luft passiert, das Flugzeug besitzt jetzt also neben der Geschwindigkeit, welche “regulär” durch den Sturzflug, also die Umsetzung von potentieller in kinetischer Energie entstanden ist, noch die Geschwindigkeit der sich bis vorhin noch bewegten Luft => ein weiterer Energiegewinn.

Das Flugzeug befindet sich jetzt mit einer höheren Geschwindigkeit als zuvor wieder am tiefsten Punkt der Ellipse und der Zyklus kann von vorne beginnen…

Natürlich geht auch jeweils Energie durch die verschiedenen Widerstände verloren, solange aber der mittlere Windgradient, in dem sich das Flugzeug bewegt, grösser ist als der mittlere Geschwindigeitsgradient der Steig- und Sinkflüge, solange wird mit jedem Zyklus mehr Energie im Flugzeug stecken. Begrenzt wird das Ganze durch den Luftwiderstand, welcher mit steigender Geschwindigkeit ansteigt…
Und natürlich muss sich die gewonnene Energie auch nicht in steigenden Flughöhen äussern sondern kann im Flugobjekt als höhere Geschwindigkeit bleiben.

Ich hoffe mal, dass das Geschriebene in etwa stimmt, gerechnet ists natürlich nicht, einfach mal so drauflos überlegt…
Wenn jemand will so kann er das Geschriebene gerne noch mit einem entsprechenden Windgeschwindigkeits-Vektorfeld und den paar Auftriebs-, Widerstands- und pot.-kin.-Energie-Gleichungen durchrechnen, wär sicher ne schöne Aufgabe für Matlab

Natürlich nützen vor allem Vögel diesen Effekt. Auf der obigen Skizze ist ein Berg eingezeichnet, der dient eigentlich aber nur der einfacheren Erklärung, da hier die unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten sofort sichtbar werden. Ein Windgradient entsteht aber natürlich auch, wenn Luft nur schon über den Boden oder übers Wasser fliesst. Bewegt man sich in diesem geeignet auf und ab wird man dasselbe beobachten und die Höhe damit halten können. Dies nutzen z.B. Albatrosse, sie verlassen sich auf den oft starken Wind über den Meeren und fliegen damit tausende von Kilometern ohne nennenswerten Energieverbrauch.

Dies wird auch im Körperbau dieses Vogels sichtbar. Die hohe Flügelstreckung garantiert hohe aerodynamische Effizienz, welche nötig ist, damit der begrenzende Faktor, der Luftwiderstand, bei den relativ tiefen Geschwindigkeiten klein gehalten werden kann. Zudem ist die Flügelfläche im Vergleich zum Körpergewicht recht klein, die hohe Flächenbelastung erlaubt hohe Geschwindigkeiten und damit effizientere Ausnutzung eines Umlaufzyklus und ist natürlich für die hohen Windgeschwindigkeiten auch praktisch…

Paradiesisch scheint der Effekt auch für Modellflieger zu sein, das Ganze lässt sich mit den hocheffizienten und hochbelastbaren Hightech-Seglern natürlich bis an die Grenzen ausnutzen. Ziel sind immer höhere Fluggeschwindigkeiten in den Zyklen, so scheint der Rekord laut Wikipedia im Moment bei sagenhaften 597km/h zu liegen, was den in etwa so aussieht
High-Speed RC Dynamic Soaring auf youtube, 354mph
…und wie geschieben, auf der Lee-Seite des Berges

Und damit bekommt unser Inversions-Soaren (kannst du dich erinnern, Christoph ) auf einmal wieder Sinn, denn damit ists möglich. Herrscht unter der Inversion kein Wind oder Wind in eine andere Richtung als über der Inversion, so funktioniert Dynamic Soaring natürlich auch. Es scheint schon Segelflieger gegeben zu haben, welche das ausnutzen konnten.
Schätzungsweise ist das Spielchen auch seitlich eines Windhindernisses möglich, einfach Höhe gewinnen indem man abwechselnd im Lee und im Gegenwindbereich dreht…

Leider, leider scheint diese Art des Fliegens den Gleitschirmen nicht so richtig entgegen zu kommen… Interessant find ichs trotzdem!

Hier gehts zu den entsprechenden Posts im Paraglidingforum.
Hier gehts zum entsprechenden Artikel in der Wikipedia.
Hier gehts zu RC-Flugtechniken bezüglich Dynamic Soaring.
Hier gehts zur grafischen Veranschaulichung der Albatros-Flugtechniken.

Uersel Wissen Dynamic Soaring, Theorie