Je leest:

Waarom een gierzwaluw nooit neerstort

Waarom een gierzwaluw nooit neerstort

Auteur: | 10 december 2004

Groningse onderzoekers stopten een zwaluwvleugel in een zwemtunnel en vonden een verrassend antwoord.

Vogels en vliegtuigen hebben meer gemeen dan veel biologen dachten. Ze maken allebei gebruik van een tornadovormige luchtstroming – Leading Edge Vortex – aan de rand van hun vleugels. Dat beschrijven John Videler, Eize Stamhuis (R.U. Groningen) en David Povel (Universiteit Leiden) vandaag in Science.

Een Leading Edge Vortex is de luchtstroom die over de vleugel stroomt, losraakt en oprolt tot een spiraal. De aanzuigende werking van zo’n vortex zorgt op zijn beurt voor een versnelling van de luchtstroom over de vleugel en dat levert extra opwaartse kracht. Bij de Concorde waren deze Leading Edge Vortices (LEV’s) soms zichtbaar doordat de luchtdrukdaling ervoor zorgt dat waterdamp condenseert.

Bij gierzwaluwen zijn LEV’s echter niet te zien, maar de onderzoekers hadden wel het vermoeden dat ze bij de vogel ook optreden. De zwaluw kan door de hoek van zijn vleugels aan te passen scherpe wendingen maken en zijn snelheid aanpassen – handig voor het vangen van insecten. ‘De gierzwaluw is een uitgesproken luchtacrobaat en hij heeft een lange handvleugel met een scherpe rand’, zegt Eize Stamhuis, biomechanisch onderzoeker bij de afdeling mariene biologie van de Universiteit Groningen. De zwaluw haalt zulke extreme capriolen uit dat bekeken vanuit de gangbare ideeën over klassieke aërodynamica van vogelvleugels het dier zou moeten neerstorten doordat de opwaartse kracht plotseling wegvalt. Bij vliegtuigen heet dat ‘stalling’.

Omdat levende zwaluwen onderzoeken in een windtunnel onmogelijk is, maakten de onderzoekers kunstharsmodellen van de zwaluwvleugels en testten die in een watertunnel. Om de waterstroom te visualiseren werden kleine kunststofdeeltjes toegevoegd. De stroming werd vervolgens met laserlicht geanalyseerd.

Ook bij de zwaluwvleugel bleken stabiele LEV’s op te treden, zelfs als de vleugel verschillende hoeken met de waterstroom maakt. Dat verklaart ook waarom de vogel extreme wendingen kan uitvoeren zonder ‘lift’ onder zijn vleugels te verliezen. LEV’s zorgen zo voor extra ‘vliegkracht’.

Ooievaar

Stamhuis: ‘Dit is echt een noviteit. Het zet het idee over de aërodynamica van vogelvleugels op zijn kop.’ Enkele jaren geleden werd duidelijk dat bij insectenvleugels LEV’s ook zorgen voor extra lift. Stamhuis, toen werkend in Cambridge, was daarbij betrokken. Bij insecten gaat het om de zogenaamde slagvlucht – het snel op en neer bewegen van de vleugels. ‘We hebben het vermoeden dat hetzelfde verschijnsel ook op zou kunnen treden bij de slagvlucht van vogels, maar een bewegende vogelvleugel is lastiger te onderzoeken dan een gefixeerde zwaluwvleugel.’

De onderzoekers willen in eerste instantie het effect van de LEV’s gaan kwantificeren. ‘Het gaat bijvoorbeeld om de vraag hoe hard de vortex draait en wat de consequenties zijn voor de lift van de vleugel. We weten nu dat LEV’s optreden, maar we kunnen de bijdrage nog niet in getallen uitdrukken.’

Opmerkelijk is dat vliegtuigbouwers al veel langer kennis hebben van LEV’s, en daar handig gebruik van maken. De vleugelvorm van de Concorde zorgt voor het ontstaan van een vortex bij lage snelheden – zonder die luchtwervelingen zou het vliegtuig zelfs vlak voor de landing uit de lucht vallen.

Dat biologen lange tijd dachten dat bij vogels zulke turbulente luchtstromingen niet zouden optreden, heeft volgens Stamhuis iets te maken met de geschiedenis van de luchtvaart. Luchtvaartpionier Otto Lillienthal keek in de negentiende eeuw naar zwevende ooievaars en haalde daar zijn belangrijkste inspiratie uit. De traag zwevende ooievaars zijn in tegenstelling tot zwaluwen het toonbeeld van klassieke aërodynamica. ‘Sinds Lillienthal hebben biologen altijd gedacht dat vogels kleine zweefvliegtuigjes zijn. Dat blijkt niet zo te zijn.’

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 december 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.