Vogelschlag

Vogelschlag (bird strike) bezeichnet den Zusammenprall von Vögeln mit Objekten. In der Luftfahrt entsteht durch Vogelschlag jährlich ein Schaden von über einer Milliarde US-Dollar. Seit 1988 sind mehr als 200 Opfer als Folge solcher Vorfälle zu beklagen.

einfaches Modell

Der Vogel gibt beim Aufprall solange Impuls an das Flugzeug ab, bis sich die beiden Geschwindigkeit angeglichen haben. Dabei „fällt“ der Impuls in der Verformungszone von hoher zu tiefer Geschwindigkeit und setzt entsprechend Energie frei. Dieses mentale Bild liefert das einfachste Modell: der Vogel kann als starrer Körper mit masseloser Knautschzone modelliert werden. Die Knautschzone soll nun den Impulsstrom unabhängig vom Verformungszustand auf einem konstanten Wert halten. Die Stosszeit ist dann gleich der Verformung durch die mittlere Relativgeschwindigkeit oder im Maximum gleich zweimal die Länge der Knautschzone s dividiert durch die anfängliche Relativgeschwindigkeit vrel. Dividiert man den vom Vogel abzugebenden Impuls durch diese Zeit, ergibt sich die Stärke des Impulsstromes, die Kraft auf den Vogel (Abfluss) oder auf das Flugzeug (Zufluss)

[math]F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{mv_{rel}}{\Delta t}=\frac{mv_{rel}^2}{2s}[/math]

Multipliziert man die Kraft F mit der Verformungstrecke s, entspricht die linke Seite von Gleichung (8) der Verformungsarbeit und die rechte der kinetischen Energie des Vogels relativ zum Flugzeug.

Die Kraft nimmt mit dem Quadrat der Relativgeschwindigkeit zu. Weil ein schwerer Vogel auch über eine längere Knautschzone verfügt, dürfte die Kraft etwa mit dem Quadrat der dritten Wurzel aus dem Volumen oder der Masse zunehmen. Der Druck im Aufschlagbereich sollte dagegen nur wenig von der Masse des Vogels abhängen, weil ein doppelt so schwerer Vogel auch auf einer etwa viermal grösseren Fläche aufschlägt. Geht man von einer Taube aus (Masse 450 g), die mit einer Relativgeschwindigkeit von 150 m/s aufprallt, ergibt sich bei einer Länge der Knautschzone von 16 cm eine Kraft von 31.6 kN, was etwas mehr als dem Siebentausendfachen des Eigengewichts der Taube entspricht.