Von Josef Häupl

Was haben ein Verkehrsflugzeug wie der Airbus (oder eine Boeing) und ein modernes Segelflugzeug gemeinsam? Eine simple Frage, wird einer antworten. Beides sind Luftfahrzeuge und können fliegen. Die Sache ist schon etwas subtiler.

Boeing 737-700

ASW 27 aus der Rhön

Wussten Sie, dass Segelflugzeuge auch in die Regionen der Verkehrsflieger vordringen können? Der Höhenweltrekord liegt beispielsweise bei 15 460 Meter, aufgestellt am 29. August 2006 mit einem doppelsitzigen Segler DG 505 in Argentinien und der weiteste Segelflug (motorlos!) führte über 3009 Kilometer. Pilot war Klaus Ohlmann, der in Südfrankreich ein Hochleistungszentrum aufgebaut hat. Nicht Kerosin oder Flugbenzin waren die Energielieferanten, sondern die Sonne, die in der Atmosphäre Konvektion und starke Windsysteme installiert.

Darüber hinaus gibt es aber auch auch verborgene, eher „innere“ Parallelen: Immer mehr Bauteile an den modernen zivilen Verkehrsflugzeugen werden aus Kunststoff hergestellt, und zwar in der Faserverbundbauweise, vorzugsweise mit Kohlefaser.

Diese Technik wurde bereits Anfang der fünfziger Jahre im Segelflugzeugbau etabliert und hat einen Leistungssprung in damals ungeahnte Dimensionen eröffnet, dessen Innovationsschub bis heute anhält. Dafür ist nicht allein die Gewichtsersparnis gegenüber Holz- und Metallbauweisen verantwortlich. Das neue Material ermöglichte erstmals die Verwendung von widerstandsarmen Tragflügelprofilen und Rumpfformen mit einer bis dato unterreichten Oberflächenglätte bei gleichzeitig hoher Torsions- und Biegesteifigkeit.

Besonders in den Akafliegs (akademische Fliegergruppen an den Hochschulen) wurde hier Pionierarbeit geleistet, was Projektierung, Berechnung und den Bau von Prototypen anbelangt. So hat die Akaflieg Braunschweig bereits in den siebziger Jahren die SB 10, ein doppelsitziges Segelflugzeugmuster mit 29 Meter Spannweite, das damalig größte Segelflugzeug der Welt, gebaut und erprobt. In ihm wurde zum ersten Mal in der Geschichte der Luftfahrt Kohlefaser in tragenden Strukturen (im Tragflügel) verwendet.

Ohne die jahrzehntelange Erfahrung in die Praxistauglichkeit solcher Verbundbauweisen wäre der Einsatz in der heutigen Verkehrsluftfahrt noch nicht möglich. Hier bringt diese Technologie z. B. beim Airbus 380 höhere Festigkeit als Aluminium/Dural und das bei weniger Gewicht. Das bedeutet eine höhere Zuladung bzw. geringeren Treibstoffverbrauch, sprich weniger Kosten und damit also ganz reelle ökonomische Vorteile für die Luftfahrtunternehmen.

Übrigens, auch die Formel 1 hat die Vorzüge solcher Bauweisen schätzen gelernt! Nicht nur das geringere Gewicht gibt hierfür den Ausschlag, sondern auch die verbesserte passive Sicherheit beim Crash.

Eine andere Parallele ist auf den ersten Blick zu erkennen, es sind die sogenannten Winglets an den Flächenenden.

Winglets an Verkehrsflugzeugen

Winglets an Segelflugzeugen

An der Tragflächenhinterkante bilden sich Luftwirbel, da Luft von der Unterseite der Tragflächen, wo Überdruck vorliegt, um die Tragflächenenden herum nach oben fließt, wo Unterdruck herrscht. Die Wirbel sind an den Flügelspitzen am stärksten. Dieser Randwirbelwiderstand bedeutet einen großen Leistungsverlust: Beim Segler heißt das weniger Gleitleistung und stärkeres Sinken, beim Verkehrflugzeug mehr Treibstoffverbrauch.

Boeing 737-800 mit 2,40 Meter hohen Winglets

Ventus 2 mit Winglets

Auch die Natur fliegt mit Winglets

Winglets reduzieren nun den Einfluss dieser Wirbel. Winglets müssen für jedes Tragflügelprofil unter Berücksichtigung der Flügelfläche und der voraussichtlichen Fluggeschwindigkeit speziell konfiguriert werden. Diese Pionierleistung wurde auch von den Segelflugzeugkonstrukteuren erbracht und deren Erfahrungen dankbar für die Optimierung der Verkehrsmaschinen übernommen.

Was die Austattung mit Instrumenten anbelangt, verfügen auch moderne Segelflugzeuge über Hightech-Ausrüstung:

• Bordrechner: Ein Segelflugcomputer, der für alle Flugmanöver die entsprechenden Daten aufbereitet, z. B. für den Endanfug, für die beste Gleitgeschwindigkeit usw.
• Logger: Eine Blackbox, die alle Flugdaten im Abstand von 2 bis 3 Sekunden erfasst und speichert
• Ein Zusammenstoßwarnsystem (Flarm), das den Piloten vor anderen Segelflugzeugen auf Kollisionskurs optisch und akustisch warnt.
• Selbstverständlich sind darüber hinaus heute GPS (Satellitennavigation), die Darstellung der Position des Flugwegs auf einer Moving Map (Bildschirm)
• ein Funkgerät sowie evtl. ein Transponder, der die Kommunikation zur Flugsicherung verbessert und für den Segelflugpiloten die Nutzung ansonsten tabuer Lufträume erschließt.
• Das wichtigste Gerät für den Segelflugpiloten, das Variometer, welches ihn über Sinken und Steigen in der Luftmasse informiert, ist als Audio konzipiert, d.h. die Werte werden akustisch umgesetzt, sodass er mit dem Blick nach außen immer über die Vertikalbewegungen seines Seglers informiert ist und so die Luftraumbeobachtung nicht vernachlässigen muss, außerdem hat er dadurch auch mehr vom Reiz und der Schönheit des Fliegens, als wenn er dauernd auf die Instrumente blicken müsste.
  
  

Bei den Startmöglichkeiten hat sich in den letzten Jahren ein starker Wandel vollzogen. Immer mehr Segelflugzeuge, vor allem solche mit größerer Spannweite, verfügen inzwischen über einen eigenen Antrieb für den Selbststart. Von außen ist er auf den ersten Blick gar nicht erkennbar. Propeller und Motor werden mit einem Klapp- und Schwenkmechanismus in den Rumpf versenkt, sodass die aerodynamische Güte, der geringe Rumpfwiderstand eines Seglers, erhalten bleibt. Neben der Eigenstartmöglichkeit bringt der Motor aber noch weitere Vorteile: Eine bei Thermikende oft unvermeidliche Außenlandung kann damit vermieden werden. Der Pilot fährt das Triebwerk aus, steigt auf größere Höhe, fährt den Motor ein und beginnt einen langen Gleitflug. Reicht das noch nicht bis zu seinem Heimatflugplatz, wiederholt er diese Prozedur. Mit Hilfe dieser „Sägezahntechnik“ kann er mehr als 300 Kilometer zurücklegen.

Antares mit aktivem Elektroantrieb

Im reinem Segelflug

Als modernste Form des Klapptriebtrieblers präsentiert sich die Antares mit Elektromotor, gespeist von Ionen-Lithium-Akkus in den Tragflügeln. Mit Hilfe einer Akkuladung aus einer gewöhnlichen Steckdose verfügt sie über 3000 Meter Steighöhe, was in Strecke umgesetzt eine Reichweite im reinen Elektrobetrieb von ca. 170 km entspricht. Als sehr positiver angenehmer Nebeneffekt erweist sich der fast lautlose Betrieb. Das Flugzeug hat nur einen Nachteil: Es ist nicht gerade billig. Teuer wird auch der Akkuwechsel nach ca. zehn Jahren. Aber vielleicht gibt es bis dorthin noch ein besseres Konzept, die Innovationen nehmen noch kein Ende.

Mückenbefall am Tragflügel

Für den Erfindungsreichtum der Segelflieger sind auch die „Mückenputzer“ ein originelles Beispiel: Der Leistungssprung der Segelflugzeuge in den letzten 30 Jahren war nur möglich auf Grund der Verwendung sehr widerstandsarmer sogenannter Laminarprofile. Diese sind aber sehr empfindlich gegen Verschmutzung, insbesondere gegen Mückenbesatz. Alle über die 0,1mm dicke Grenzschichtströmung hinausragenden Hindernisse lassen einen Turbulenzkeil bis zur Flügelhinterkante entstehen, der hohen Widerstand erzeugt.

Weil nun mal Mücken im Sommer unvermeidlich sind - sie werden von der Thermik mit nach oben gerissen und das kreisende Segelflugzeug fängt sie sich ein, muss man mit dieser Tatsache leben. Man kann aber mit einem Mückenputzer während des Fluges die Verschmutzungen weitgehend abkratzen. Zwischen die beiden Scheren sind dünne Klaviersaiten gespannt. Angetrieben durch den Fahrtwind wandert die Schere mit den dünnen Drähten schabend die Fläche entlang und hobelt die Mücken geradezu ab, sodass die Grenzschicht anschließend wieder intakt ist. Eingeholt werden die „Bugwiper“ dann mit Hilfe eines dünnen Seils und einer kleinen Kurbel, oder eleganter mit einem Elektromoter als Antrieb, bis sie wieder ganz in der „Rumpfgarage“ rechts und links an der Rumpfaußenseite verschwinden

Mückenputzer in der Garage (Ruhezustand)

In Aktion

Fortschritt besteht bekanntlich oft nicht in einem Quantensprung oder einer revolutionären Entdeckung, sondern ist die konsequente Anwendung vieler kleinen Verbesserungen. Für das derzeit leistungsfähigste Segelflugzeug der Welt wurde dieser Weg gegangen: Es entstand die ETA mit atemberaubenden 31 Meter Spannweite und einem Gleitverhältnis von über 70. Das heißt, aus 1000 Meter Höhe gleitet sie 70 Kilometer weit, also über eine größere Distanz, als der Pilot oft schauen kann.

Die eta in den französischen Seealpen

Ihr elastischer Flügel im Kurvenflug

Die Entwicklung bleibt bekanntlich nicht stehen, so sind die Aerodynamiker derzeit dabei, einen neuerlichen Riesensschritt, ähnlich groß wie die Verwendung von Laminarprofilen in der Faserverbundbauweise, in die Tat umzusetzen, nämlich den Widerstand am Tragflügel durch Grenzschichtabsaugung enorm zu verkleinern, dann stehen Profile mit einer Gleitzahl von über 100 zur Verfügung. Für die Absaugung bedarf es allerdings einer permanenten Energiequelle, und dann steht die Definition, was ist Segelflug und wo beginnt der Motorflug zu Disposition.