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60 Jahre Fortschritt

Segelflug: Zukunftsprojekte

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Vor sechzig Jahren wurde der aerokurier aus der Taufe gehoben. Von Beginn an hat er die Entwicklung des Segelflugs begleitet. Es waren sechs Jahrzehnte rasanten Fortschritts. Ein Ende ist noch nicht abzusehen.

Als der aerokurier 1957 erstmals erschien, dämmerte gerade das Zeitalter der Faserverbundbauweise. Die ersten in den Windkanälen getesteten Laminarprofile waren mit der jetzt verfügbaren hohen Oberflächengüte der Kunststoffflugzeuge zu verwirklichen und bescherten einen gewaltigen Leistungssprung. Die Theorie zu Technik und Taktik des Streckensegelflugs wurde dank der Vorträge von Weltmeister Heinz Huth, der 1960 in Köln auf dem Butzweilerhof noch mit einer Ka 6 zum Titel flog, und dank des Lehrbuchs von Fred Weinholtz Allgemeinwissen.

Das erste 500-km-Dreieck in Deutschland flog Adolf Daumann am 29. Juli 1962 von Schönhagen aus. Flüge über diese Distanzen waren zu jener Zeit Spitzenleistungen – heute füllen sie bei halbwegs guten Segelflugbedingungen die Seiten im Online Contest. Am 6. Juni 1975 gelang Hans Werner Grosse in Finnland das erste 1000-km-Dreieck. Das Streckenfliegen in der Thermik stieß aber schnell an Grenzen. Wellenaufwinde – anfangs nur für Höhenflüge genutzt – traten immer mehr in den Fokus. Mit 3000 Streckenkilometern über mehrere Wendepunkte und 2000 Kilometern in gerader Linie setzte Klaus Ohlmann Top-Marken. Inzwischen bestimmen die Zulassungsgrenzen der Segelflugzeuge das absolut Machbare.

Mit einem Aufstieg bis in die Tropopause hat Steve Fossett 2006 mit der Perlan 1, einer speziell präparierten DG-500, eine absolute Weltrekordmarke (15 460 m) gesetzt. Gibt es da noch etwas zu toppen? Die Leistungen der Industrieflugzeuge haben schon lange einen Spitzenstand erreicht. Neue heben sich nur noch in Nuancen ab. Vieles geht nur in kleinen Schritten. Dabei muss es aber nicht bleiben.

Am Horizont zeichnet sich ein gewaltiger Leistungssprung ab. Grenz-schichtkontrolle durch Absaugung heißt die Zauberformel. Noch aber ist die Verwirklichung von Profilen mit Absaugung, mit der die Grenzschicht auch auf der Oberseite bis zur Flügel-hinterkante laminar und damit wider-standsarm gehalten werden kann, Zukunftsmusik. Auf dem Papier haben die Projekte aber längst Gestalt angenommen: in Form von Segelflugzeugen mit 15 Meter Spannweite, die über eine beste Gleitzahl von 60 verfügen, und das bei exzellenten Schnellflugleistungen.

Professor Loek Boermans hat sich die Entwicklung und Verwirklichung solcher Profile zur Lebensaufgabe gemacht. Ein Windkanalmodell steht inzwischen bei Streifender Glasfaser Flugzeug-Service vor der Fertigstel-lung. Für die Tests hat sich Loek Boermans – inzwischen emeritiert – auch als Ruheständler den Zugang zum Windkanal der TU Delft erhalten.

Noch stellt der perforierte Tragflügel für die Absaugung eine große technologische Herausforderung dar. Nur 0,1 Millimeter große Löcher im Abstand von einem Millimeter sind dafür in das Laminat der Außenhaut einzubringen. Darunter verteilt eine besondere Sandwichkonstruktion, die auf die Struktur des Flügels hinter dem Holm aufgesetzt ist, den Sog für die Absaugung. Bei dem speziell für die Absaugung entwickelten Profil (DU10-S-157) bleibt die Grenzschicht auf der Oberseite bis zu 90 Prozent der Flügeltiefe laminar. Ein Zickzackband führt dann den Umschlag von laminarer in turbulente Grenzschichtströmung herbei, womit widerstands-trächtige laminare Ablöseblasen vermieden werden. Auf der Unterseite wird dieser Umschlag mit Zickzackband bei 80 Prozent der Flügeltiefe herbeigeführt. Die Druckverteilung des Profils bei einem Auftriebsbeiwert (CL) von 1,2 zeigt bei Absaugung einen sehr geringen Widerstand, er beträgt nur noch ein Drittel des Wertes ohne Absaugung.

Nach der berechneten Auftriebs-Widerstands-Polare ist der maximale Auftriebsbeiwert bei Absaugung gleich dem ohne Absaugung. Die Unterschiede liegen beim Widerstand, der ist bei Absaugung sehr viel kleiner. Die berechneten Geschwindigkeits- und Gleitzahlpolaren für ein Segelflugzeug mit einem Tragflügel ohne Klappen mit 15 Meter Spannweite zeigen mit Absaugung geradezu eine Leistungsexplosion im Vergleich zu einem konventionellen Standardklasse-Flugzeug.

Ist die Concordia noch zu toppen?

Bei den Offene-Klasse-Flugzeugen hat Dick Butler mit seiner Concordia neue Maßstäbe gesetzt. Für den extrem schlanken Flügel hat der Amateurflugzeugbauer alle verfügbare Kompetenz eingebunden. Das Modernste an Flügelprofilen steuerte Loek Boermans bei, Johannes Dillinger entwarf eine Struktur, die kein leistungsminderndes Verdrehen des Flügels in den unterschiedlichsten Geschwindigkeitsbereichen erlaubt. Möglich werden damit eine noch handhabbare maximale Flächen-belastung von 62 kg/m2 bei guten Steigleistungen. Selbst bei 210 km/h gleitet die Concordia noch mit 1:50!

Für eine industrielle Fertigung kommt diese aufwendige Konstruktion nicht in Betracht. Vielleicht kann da ein anderes privates Projekt den Serienflugzeugbau befruchten: der Nixus. Diese Initiative des Brasilianers Sergio Lins Andrade in Zusammenarbeit mit Chefkonstrukteur Prof. Paulo Iscold von der Universität Minas Gerais in Brasilien nutzt die mit der Flügelkonstruktion der Concordia gewonnenen Erkenntnisse für einen nahezu ebenso schlanken großen Flügel. Die modernen Profile liefert Loek Boermans mit weiterem wichtigem Know-how. Damit immer mit dem richtigen Profil geflogen wird, erhält der Nixus eine Fly-by-Wire-Steuerung der Wölbklappen. Für den Initiator und Sponsor des Projekts ist das auch ein ganz wichtiger Sicherheitsaspekt und zusätzliche Motivation. Die Klappenautomatik, die alle wichtigen Einflussgrößen berücksichtigt, hat Sergio Andrade bereits mit seiner ASH 30Mi erprobt.

Gebaut wird der Flügel zum Rumpf und Leitwerk der ASH-30Mi in Minden, Nevada. Um die notwendigen hohen Festigkeiten zu erreichen, erprobt die Projektgruppe dort ein neues Fertigungsverfahren. Die Holmgurte sollen in einem selbst gebauten Autoklaven bei hohem Druck und hoher Temperatur aus hochpräzise gefertigten Prepregs gebacken werden. Auch vieles andere entsteht in hochmoderner Hightech-Produktion. 3D-Drucker bauen die Gehäuse für die Servos der Wölbklappen ebenso wie die NACA-Einlässe für die Ausblasung auf der Flügelunterseite.

Der Nixus erhält eine Spannweite von 28 Metern bei einer Streckung von 53,3. Die minimale Flächenbelastung – mit nur einem Piloten an Bord und ohne Treibstoff für den Klappantrieb  – wird 50,1 kg/m2 betragen. Bei einer Flugmasse von 850 Kilogramm fliegt der Nixus mit 57,8 kg/m2 und bei möglichen 980 Kilogramm sogar mit 66,7 kg/m2.

Die vier Profile für den Tragflügel und das Winglet sind eng verwandt mit denen, wie sie in Diana-2, ASH 30 und EB29R bereits Verwendung finden: Deutlich dünner als bisher, dazu mit langen laminaren Laufstrecken der Grenzschicht auf Unter- und Oberseite, zeichnen sie sich durch niedrigen Profilwiderstand bei hohen Geschwindigkeiten aus. Ausblasung auf der Unterseite der Flügelklappen verhindert Ablöseblasen. Im Vergleich zur letzten Generation von Profilen erzeugen  die neuen auch im Langsamflug geringen Widerstand und weisen im Verlauf des Auftriebsbeiwertes gegenüber dem Anstellwinkel keine Stufe mehr auf. In dieser Weise profilierte Flügel haben in turbulenten Bedingungen deutlich bessere Steigflugleistungen und Vorteile im dynamischen Vorflug.

Hoch hinaus, und das mit viel Öffentlichkeit

Um neue Höhenrekorde geht es der Perlan-Gruppe. Sie möchte mit der speziell für diese Herausforderung konstruierten Perlan 2 mit Druckkabine bis in die Stratosphäre aufsteigen. Weltrekordsammler Klaus Ohlmann – bisher auf Streckenflüge spezialisiert – tritt hier jetzt als Konkurrent an. Mit seiner Antares 20E, die modifiziert an Flattersicherheit bei höheren Geschwindigkeiten gewinnt, will er hoch hinaus. Den Raumanzug, den er in der lebensfeindlichen Stratosphäre braucht, hat er im Moskauer Raumfahrtzentrum schon getestet.

Die spektakulären Flüge bis an den Rand des Weltraums dürften dem Segelflug eine hohe Medienaufmerksamkeit bescheren. Für die Randsportart kann es nur von Vorteil sein, damit einmal in den  Mittelpunkt eines breiten Publikumsinteresses zu rücken.

aerokurier Ausgabe 08/2017

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