Der Segelflug

Von Dr.-Ing. P. Schuster

Wer kennt wohl das Lied von dem Knaben, der im sonnigen Herbst, wenn der Stoppelwind weht, seinen Drachen steigen läßt und nun sehnsuchtsvoll zu ihm hinaufschaut und denkt:

so draußen liegen im sonnigen Strahl, ach wer das doch könnte, nur ein einziges, nur ein einziges Mal!

Ja, das war noch vor kurzem ein unerfüllbares Verlangen, aber jetzt, seit wenigen Jahren erst, da ist auch dieser Traum zur Wirklichkeit geworden. Zwar fliegen, das können die Menschen mit ihren gewaltigen Maschinen nun schon seit einer geraumen Zeit, und unsere kleinen Buben und Mädchen, die kennen's gar nicht anders, und es erscheint ihnen ebenso selbstverständlich, wie ihren Eltern in der Jugendzeit das Reisen mit der Eisenbahn und Dampfschiff. Aber das vom knatternden Motor und sausenden Propeller vorwärts getriebene und emporgehobene Flugzeug, das bleibt doch immer noch ein Fahrzeug, das uns einengt, und eine Maschine, die mühsam und unter Anspannung aller Kräfte meistern muß. Aber frei im Luftraum schweben, leicht und sicher wie der Drachen, der sich an seiner Schnur in den Lüften wiegt, und wie der Vogel, der Still über Feld und Wald seine Kreise zieht, das vermochte uns auch das kunstvolle Motorflugzeug nicht zu bringen. Dieses Sehnen konnte erst gestillt werden, als der Segelflug zur Wirklichkeit wurde.

Wie kam das wohl, daß es mehr als eines vollen Jahrzehnts des erfolgreichsten und gewaltigsten Motorfluges bedurfte, ehe der erste Segelflug glückte? Hatte denn nicht das Fliegen gerade mit motorlosen Flugzeugen begonnen, als Lilienthal und die Brüder Wright sich zuerst auf ihren Gleitflügen der Luft anvertrauten? Gewiß, es waren Gleitflüge auf geräuschlos dahinschwebenden, motorlosen Flugzeugen, die zum ersten Mal den Menschen hinausführten in den unendlichen Luftraum, von deren beseligender Schönheit Lilienthal begeistert berichtet. Aber wenn es auch gelang, diese Flüge über viele Hunderte von Metern auszudehnen, so blieben es doch abwärtsgerichtete Flüge, die von einer Höhe aus vorgenommen werden mußten und ihrer Länge und Dauer darum eng begrenzt waren. Sich in die Luft emporzuschwingen, das konnte der Mensch mit eigener Kraft nicht erreichen, und so nahm er den Motor zu Hilfe und vermochte nun vermöge der ihm zu Gebote stehenden ungeheuren Maschinenkräfte auch die schnellsten und stärksten Vögel an der Geschwindigkeit und Flughöhe zu überbieten. Aber eines konnte er dem Vogel doch noch nicht nachmachen, das war der Segelflug

Der Segelflug wurde von Naturforschern und Technikern lange Zeit als ein großes Geheimnis der Natur betrachtet. Denn das eine war durch zahlreiche Beobachtungen unzweifelhaft festgestellt: Der Vogel konnte ohne irgend welche sichtbare Flügelbewegung sich nicht nur schwebend erhalten, sondern auch noch an Höhe gewinnen. Darüber wurden allerhand Theorien entwickelt, die zum Teil mit den Gesetzen der Mechanik gar nicht in Einklang zu bringen waren. So sollte der Vogel eine Flügelform besitzen, die im Winde einen Vortrieb entwickelte, größer als der Luftwiderstand von Flügeln und Rumpf. oder die Feder sollte die Fähigkeit besitzen, ganz unbekannte Kräfte zu erzeugen. Zum mindesten sollte der Vogel, wenn er auch scheinbar unbeweglich seine Schwingen ausgebreitet hielt, doch aus der Ferne unsichtbare schnelle kleine Bewegungen ausführen, die sich nur auf die Federn übertrugen, aber doch einen Leistungsaufwand des Vogels erforderten.

Der Grund für dieses unsichere fehlerhafte Umhertasten lag in der geringen Kenntnis von der Entstehung der Luftkräfte an den Tragflächen und der Strömungsvorgänge an Körpern überhaupt, sowie an den falschen Vorstellungen über die Bewegungen im Luftmeer und die Eigenschaften des Windes. Erst sie sorgfältigen Untersuchungen von Körpern und Flächen in den Laboratorien, wie sie die fortschreitende Flugtechnik erforderte, und die Beobachtungen der Meteorologen und Flieger haben diese Fragen geklärt. Jetzt erst wissen wir, daß es möglich ist, Körperformen zu schaffen, die trotz eines großen Inhalts und Querschnitts doch nur einen geringen Luftwiderstand erzeugen, und daß man durch sorgfältige Ausbildung des Flügelprofils, der Gestalt und Umrißform der Tragfläche bei kleinem Widerstand einen ungeahnt großen Auftrieb erzielen kann. Der Wind ist für uns jetzt auch keine gleichmäßige, wagrechte Verschiebung der Luftmassen mehr, sondern es ist uns bekannt, daß seine Geschwindigkeit zumeist regelmäßige Schwankungen aufweist. Auch wissen wir, daß in der scheinbar ruhenden Luft sich zahlreiche auf- und absteigende Strömungen ausbilden und der Einfluß von Unebenheiten oder verschiedener Wärmeaufnahme des Erdbodens sich bis in bedeutende Höhen erstreckt.

Nun sehen wir mit einem Mal, daß auch beim Segelflug des Vogels alles mit rechten Dingen zugeht, und daß er die Gesetze der Mechanik nicht über den Haufen wirft. So muß er denn auch für den Menschen durchführbar sein!

Wir wissen jetzt, daß es nicht nur eine einzige Erklärung für den Segelflug gibt, sondern daß verschiedene Möglichkeiten dafür bestehen, im Winde ein Gleitflugzeug, wie es der segelnde Vogel oder das Bauwerk des Menschen darstellt, schwebend zu erhalten und der bewegten Energie zu entziehen. Der Vogel nützt offenbar alle diese Mittel gemeinsam aus, sobald sie sich ihm anbieten. Der Mensch hat erst mit dem einfachsten den Anfang machen können.

Diese einfachste und häufigste Gelegenheit zur Ausführung des Segelflugs bieten die aufsteigenden Luftströmungen. Früher hatte man diese Luftbewegungen nicht genügende Aufmerksamkeit gewidmet und ihre Ausdehnung und Stärke bedeutend unterschätzt. Erst die Erfahrungen der Flieger lehrten, daß bis zu sehr großen Höhen derartige Luftströmungen sich einstellen. Ihre Hauptursache sind Unebenheiten des Bodens, über den der Wind dahinstreicht. So ist die Wirkung der dichten Baumreihe einer quer zur Windrichtung verlaufenden Landstraße noch in 300 m Höhe deutlich wahrzunehmen. Noch stärker lenken natürlich Hügelreihen und Bergrücken den Luftstrom des Windes nach oben ab.

Welch starken Einfluß auch schon kleine Bodenerhebungen auf die Luftbewegung ausüben, führt uns übrigens die Natur selbst in der Dünenbildung vor Augen. Schon manchen Besucher der Meeresküste hat es wohl Kopfzerbrechen gemacht, daß auf dem flachen Küstengelände gerade vorn an der Wasserkante mächtige Dünen aus losem Sande liegen, die nur der Wind aufgeschüttet haben kann. Wie dies möglich war, erkennt man am besten an denjenigen Stellen, wo das Meer durch Anfressen des Landes eine, wenn auch nur niedrige, aber steile Bruchkante erzeugt hat, wie zum Beispiel auf der Insel Sylt (s. Abb.). Vor der Bruchkante zieht sich am Strande noch ein Streifen sandbedeckten Strandes hin. Wenn nun der Wind vom Meer her wild über das Land führt, wirbelt er den Sand auf und führt ihn fort. Nur an windstillen Plätzen kann dieser Flugsand wieder abgelagert werden; die Sandablagerungen machen also die Stellen sogenannten Windschattens kenntlich, wo keine Luftbewegung hinreicht. Die an der Bruchkante hochaufgeschichteten Dünen zeigen also plastisch den Verlauf der Luftströmung an dieser Stelle und beweisen, daß der Wind hier scharf nach oben abgelenkt wurde, so daß unmittelbar hinter der Bruchkante ein windstiller Raum für die Sandablagerung entstand; die oberen Luftströmungen aber müssen nun hoch über die Düne aufsteigen. Das ist dann ein Gebiet, in dem die Vögel mühelos segeln können.

Eine andere Ursache für aufsteigende Luftströmungen ist in der Erwärmung der Luft am sonnenbeschienenen Erdboden zu suchen, die je nach der Beschaffenheit des Bodens, also je nachdem feuchte Wiesen, Felder, trockener Sand oder Wälder vorhanden sind, verschieden groß ist. Das Aufsteigen findet nur an den Stellen der stärksten Erwärmung statt und zum Ausgleich stellt sich über den kühleren Bezirken ein Sinken der Luftmassen ein. Die Flieger wissen denn auch viel zu erzählen von „guttragender Luft" und von „Luftlöchern". Wer das Gelände gut kennt, weiß mit diesen, ganz regelmassig an bestimmten Stellen auftretenden Luftströmungen genau Bescheid und vermag sie auszunutzen, wie dies sicherlich auch der segelnde Vogel tut.

Schließlich ist noch eine dritte Quelle für aufsteigende Luftströmungen vorhanden, und diese liegt im Winde selbst. Schon Lilienthal hatte sie erkannt und in seinem Buche aus dem Jahre 1889:

„Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst", auf Grund sorgfältiger Beobachtungen ausführlich beschrieben. Er fand, daß der Wind gar nicht, wie angenommen, eine im Mittel wagrechte Luftbewegung darstellt, sondern daß im Winde die Luft sich durchschnittlich unter einem Winkel von 3° bis 4° aufwärts bewegt. Trotz Lilienthals überzeugender Darstellung wurden seine Angaben von allen Seiten bezweifelt. Denn woher sollte wohl die immer aufs Neue vom Boden aufsteigende Luft kommen? Doch auch neuere Forschungen haben die von Lilienthal gemachte Entdeckung bestätigt, so daß man seine Angaben als Tatsache hinnehmen muß. Und man kann das auch ruhig tun, ohne an einen geheimnisvollen Verstoß gegen die vertrauten Naturgesetze zu glauben. Denn bei näherer Überlegung muß. man erkennen, daß der ganze Vorgang der Luftbewegung im Winde sich ohne diese Aufwärtsbewegung in der Nähe des Erdbodens gar nicht abspielen kann. Wenn die Luft, wie dies beim Winde doch zweifellos der Fall ist, sich von einem Gebiet höheren Druckes nach einem entfernten Ort niederen Druckes bewegt, so müssen doch die im Hochdruckgebiet lagernden Luftmassen die ihnen im Wege liegende Luft vor sich herschieben. In größeren Höhen kann diese Bewegung glatt und schnell vonstatten gehen; am Erdboden aber finden die Luftmassen Widerstand und stauen sich. Hier muß. sich also eine Schicht etwas verdichteter Luft bilden, die sich nach oben ausdehnt und dabei der Windrichtung eine schwache Steigung nach oben gibt.

Alle diese aufsteigenden Luftströmungen kann der Flieger ausnützen, ohne etwas anderes zu tun als seine Tragflächen für den Gleitflug einzustellen. Er gibt ihnen zu diesem Zwecke eine leichte Neigung nach vorn abwärts. Dann treten für das mit seinen Tragflächen gewissermaßen auf einem Luftpolster ruhende Flugzeug dieselben Kräfteverhältnisse auf, als ob es ohne Reibung auf einer
schiefen Ebene läge. Es gleitet also unter der Einwirkung der Schwerkraft in Richtung seiner Unterlage ab und bewegt sich dabei mit genügender Geschwindigkeit vorwärts, um an seinen Tragflächen die zum Schweben erforderliche Auftriebskraft zu erzeugen. In ruhiger Luft kann man sich diesen Vorgang ohne weiteres vorstellen. Wie aber wird es, wenn das Flugzeug im Wind seinen Gleitflug durchführt?

Da müssen wir uns zunächst einmal klar machen, wie eigentlich das Flugzeug einen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in wagrechter Richtung wehenden Wind empfindet. Es zeigt sich, daß das Flugzeug diesen Wind hinsichtlich des Fliegens überhaupt nicht spürt. Es wird allerdings in der Windrichtung abgetrieben, aber das hat mit dem Schweben und der Auftriebserzeugung nichts zu tun, denn für diese ist nur die Bewegung des Flugzeugs gegenüber den Luftmassen maßgebend. Wie sich im übrigen die Luftmassen gegenüber dem Erdboden verhalten, ob sie bei Windstille ruhig über dem Boden lagern oder sich im Winde über ihn hinbewegen, ist für die Bewegung zwischen Flugzeug und Luft gleichgültig. An der Tragfläche entstehen die Luftkräfte ja auch in gleichem Masse, wenn die Tragfläche sich mit dem Flugzeug gegen die Luft oder im Windkanal des Laboratoriums oder am Drachen die Luft sich gegen die Fläche bewegt. Das Flugzeug bewegt sich also im Winde schwimmend geradeso wie in ruhender Luft. Wenn es also mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s sich unter einer Neigung von 1 : 20 im Gleitflug vorwärtsbewegt, so sinkt es in einer Sekunde um einen Meter; kann es bei dieser Neigung seine Geschwindigkeit auf 10 m/s verringern, ohne seine Schwebefähigkeit einzubüßen und durchzusacken, so sinkt es nur um einen halben Meter.

Wenn der Wind nicht wagrecht weht, sondern leicht nach aufwärts, so muß. er das Flugzeug ebenso emporheben, wie er es in wagrechter Richtung abtreibt, und dieses Emporheben fällt natürlich um so stärker aus, je mehr die Windrichtung nach oben weist und je größer die Windgeschwindigkeit ist. Weht der Wind beispielsweise ebenfalls unter einer Neigung von 1:10 aufwärts, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s, so hebt er die Luftmassen und mit ihnen das Flugzeug um einen Meter in der Sekunde. Dasselbe Ergebnis würde bei einem unter einer Neigung von 1 : 20 und mit 20 m/s Geschwindigkeit wehenden Winde erzielt werden, während er bei einer Geschwindigkeit von l 0 m/s unter dieser Neigung nur einen Hub von einem halben Meter ergeben würde. Wir sehen aber jedenfalls, daß unser Flugzeug unter diesen Windverhältnissen im Gleitflug nicht nur seine Höhe einhalten, sondern sogar noch steigen könnte.

Wir erkennen auch schon, daß das für den Segelflug geeignete Flugzeug zwei Bedingungen genügen muß. Erstens muß. es einen möglichst geringen Gleitwinkel haben, d. h. unter einem möglichst geringen Gefälle flugfähig sein, und zweitens muß. es diesen Flugzustand auch bei einer möglichst kleinen Geschwindigkeit durchhalten können. Auf Grund welcher konstruktiven Eigenschaften diese Forderungen zu erfüllen sind, werden wir später sehen.

Betrachten wir noch einmal die Flugmöglichkeiten, die durch die Windverhältnisse gegeben sind, so drängt sich ohne weiteres die Erkenntnis auf, die durch die Rhön-Segelflüge und die Flüge in England bestätigt worden ist: daß es nur der richtigen Auswahl des Geländes bedarf, damit unsere Flieger bei frischem Winde auf den jetzt üblichen Flugzeugarten mit Hilfe der im normalen Fliegen
erworbenen Kunstfertigkeit Segelflüge durchführen können. Die Hauptkunst besteht offenbar in der Ausnutzung des Geländes und dem Auffinden der Stellen, wo sich notwendigerweise aufsteigende Luftströmungen ausbilden müssen, weil der Wind nach oben abgelenkt wird oder gar sich in Mulden fängt und staut. Diese Kunst der Geländebeurteilung will natürlich auch erlernt sein und setzt eine natürliche Begabung und einen sichern Blick voraus. Bei dem englischen Segelflugwettbewerb wollte die Sache zunächst gar nicht klappen, bis Fokker, der in der Rhön schon Erfahrungen gesammelt und die Geländebildung zu beurteilen gelernt hatte, eine für den Flug geeignete Stelle herausfand und die englischen und französischen Flieger so auf den rechten Weg brachte.

Demnach ist es auch denkbar, daß in einem hügeligen Gelände Überlandflüge als Segelflüge durchgeführt werden könnten. Der Flieger müßte sich dann etwa so, wie es auf der Abb. dargestellt ist, zunächst für den Aufstieg einen Fleck mit günstiger Luftströmung aussuchen und so viel als möglich an Höhe gewinnen, um dann im Gleitflug nach der nächsten Stelle mit aufsteigender Luftströmung zu gelangen. Da diese Stellen nicht immer so nahe beieinander liegen werden, daß sie im Gleitflug sicher erreichbar sind, so wird man vielleicht einen leichten Hilfsmotor mit Triebschraube einbauen, die aber nur ausnahmsweise in Betrieb genommen werden.

Daneben besteht die Aussicht, daß es gelingen könnte, weitere Strecken flachen Landes bei stärkerem Winde zu überfliegen. Denn wenn der Wind, wie wir nach den Forschungen Lilienthals annehmen müssen, tatsächlich unter einem Winkel von 3° bis 4° nach aufwärts weht, so hat er eine Neigung von l : 20 bis 1:14. Ein Flugzeug, das den gleichen Gleitwinkel und außerdem die gleiche Geschwindigkeit wie der Wind besitzt, müßte sich also über dem flachen Lande schon schwebend halten können. Steigen könnte es jedoch nur, wenn entweder seine Fluggeschwindigkeit kleiner ausfiele als die des Windes; dann würde es aber abgetrieben werden und nicht vorwärtskommen; oder sein Gleitwinkel müßte noch kleiner sein als der Steigwinkel des Windes. Das Gefälle seiner flachsten Gleitflugbahn müßte also noch kleiner sein als l : 20 oder wenigstens 1:14.

Vielleicht gibt es aber noch andere Mittel, um dem Winde Kraft für den Segelflug abzuzwingen? Bisher hatten wir angenommen, daß das Flugzeug sich von dem gleichmäßig aufsteigenden Luftstrom wie im gewöhnlichen Fluge tragen lassen solle, ebenso wie dies in der ruhenden Luft geschieht. Man bezeichnet diese Art des Segelfluges als „statischen" Segelflug. Er ist bisher allein praktisch durchgeführt worden. Theoretisch denkbar ist aber auch noch eine andere Art, die man als „dynamischen" Segelflug bezeichnet, weil dabei durch Bewegungsvorgänge zwischen Wind und Flugzeug Kräfte für den Flug ausgelöst werden.

Wie schon erwähnt, bildet nach den neueren Beobachtungen der Wind keineswegs eine gleichmäßige Luftbewegung, sondern seine Geschwindigkeit schwankt ständig und mit ziemlicher Regelmäßigkeit hin und her. So beobachtete beispielsweise der amerikanische Forscher Langley, der schon vor dem Hervortreten der Brüder Wright sich mit Flugstudien beschäftigte und mehrere gut fliegende Modelle baute, daß der Wind in regelmäßigen Zeiträumen zwischen 9 und 18 m/s schwankte und dabei ziemlich schnell anschwoll und langsam wieder nachließ, wie dies aus dem in der Abb. wiedergegebenen Schaubild ersichtlich ist. Diese regelmäßigen Schwankungen der Windgeschwindigkeit erklären sich leicht daraus, daß beim Dahinstreichen der Luft über dem Boden und infolge der ungleichen Luftgeschwindigkeit in verschiedenen Höhenlagen in den bewegten Luftmassen Wirbel entstehen, die im Winde mit fortwandern. Dort wo der Wirbel sich im Sinne der Windrichtung dreht, tritt seine Drehgeschwindigkeit zu der fortschreitenden Bewegung des Windes hinzu, und der Wind schwillt an. Wo sich der Wirbel der Richtung des Windes entgegendreht, vermindert er dessen Geschwindigkeit, und der Wind flaut ab.

Außerdem bilden sich im Winde noch feine Wellen von etwa 15 und mehr Schwingungen in der Sekunde. Auch diese Schwingungen werden unter Umständen sichtbar. Wenn der Wind über den feinkörnigen trockenen Sand am Meeresstrand dahinfährt, zeichnet er quer zu seiner Bewegungsrichtung oft feine Wellen von wenigen Zentimetern Abstand in den Sand, deren Ursache in den Luftschwingungen zu suchen ist.

Beide Arten von Luftschwingungen können nun zu Kraftquellen für den Segelflug werden.

Denken wir uns einmal eine aus mehreren Rinnen im Zickzack nach aufwärts geführte Bahn für eine Kugel, wie sie die Abb. zeigt. In den Spitzen führen die einzelnen Rinnen seitlich ineinander über und bilden hier eine kleine Pfanne, die der Kugel eine kurze Rast bietet. Die Kugel soll am rechten tiefsten Ende der untersten Rinne liegen. Nun schieben wir mit einem Ruck, also nach den Bezeichnungen der Mechanik mit starker Beschleunigung, die Rinnen nach rechts. Was geschieht? Die Kugel kann infolge ihrer Trägheit sich der Rinnengeschwindigkeit nicht schnell genug anpassen und setzt daher der Bewegung durch die Rinne einen so grossen Widerstand entgegen, daß sich die Rinne unter ihr hinwegschiebt und die Kugel zum ändern Ende der Rinne aufwärts rollt. In der Pfanne möge sie zur Ruhe kommen und die Rinne nun angehalten werden. Darauf wird die Kugelbahn rasch in entgegengesetzter Richtung nach links geschoben. Die Kugel kann sich wieder der Bewegung ihrer Rinne nicht schnell genug anpassen und rollt auf der zweiten Rinne nach oben. Dieses Spiel läßt sich solange wiederholen, bis die Kugel auf dem höchsten Punkt angelangt ist. Man erkennt, daß die Kraftquelle für das Heben der Kugel in dem Geschwindigkeitswechsel der Unterlage zu suchen ist, der Beschleunigungskräfte in der Kugel auslöst und so die Schwerkraft überwindet.

Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse beim Vogel und Flugzeug. Wir erkannten schon, daß ein Vogel oder Flieger, der in ganz
gleichmäßigem Winde schwebt, etwa über den Wolken ohne Ausblick auf den Erdboden, diese Luftbewegung gar nicht empfindet, weil er eben vom Strom getragen wird. Wenn aber die Windgeschwindigkeit ungleichmäßig ist und der Wind anschwillt, so daß seine Geschwindigkeit über die mittlere Strömungsgeschwindigkeit hinaus zunimmt, so empfindet der dem Winde entgegenschauende Flieger einen von vorn kommenden Luftstoß. Läßt dann die Windgeschwindigkeit dem Erdboden gegenüber wieder nach, so kommt für den Flieger ein Windstoß von rückwärts. Die Tragflächen lassen sich nun, mit der Bewegungsänderung ihre Lage wechselnd, immer so einstellen, daß der Luftstrom sie anheben muß. Wenn der Wind nämlich anschwillt, so müssen die Flächen vorn etwas aufgerichtet werden, daß die Luft sich unter ihnen fängt. Dann versucht der Wind zwar das Flugzeug nach rückwärts abzutreiben; dessen Körper setzt aber infolge seiner Massenträgheit dieser Geschwindigkeitsänderung ebenso wie die Kugel einen Widerstand entgegen und wird daher mit seinen Tragflächen auf dem schrägen Luftpolster wie auf einer schiefen Ebene nach oben geschoben, wie der von der Schnur gehaltene Drachen. Dies dauert natürlich nur kurze Zeit, bis der Vogel sich der neuen Windgeschwindigkeit angepaßt hat. Wenn aber beim Abflauen des Windes für das Flugzeug der Rückenwind eintritt, so braucht der Flieger nur in den Gleitflug überzugehen, um seine Tragflächen in die richtige Lage für die Ausnützung dieser Luftbewegung zu bringen. Beim Gleitflug sind die Tragflächen nämlich leicht nach vorn abwärts geneigt, so daß der von hinten kommende Luftstrom sich wieder unter den Flächen fängt und das Flugzeug etwas in die Höhe schiebt. Trotzdem verliert das Flugzeug zunächst beim Gleitflug an Höhe. Zum Schluß kann der Flieger dann aber den beim Abgleiten erlangten Schwung ausnutzen und die beim kurzen Gleitflug verlorene Höhe in aufwärts gerichtetem Flug zum grossen Teil zurückgewinnen.

Will der Flieger den Gleitflug vermeiden, so muß. er noch vor Beginn des Abflauens einen Halbkreis beschreiben, so daß er nun in entgegengesetzter Richtung fliegt und den Windstoß wieder von vorn abfangen kann. Vor dem Anschwellen des Windes muß. er dann wieder in die alte Richtung zurückwenden. Dieses Verfahren führt, wie man sieht, zum Kreisen, das wir an segelnden Vögeln oft beobachten können und das sicherlich auch eine derartige Ausnutzung der Windkräfte zum Zweck hat, wenn natürlich auch das Bestreben, längere Zeit an einem Fleck mit günstiger aufsteigender Luftströmung zu verbleiben, zu solchen Kurvenflügen führt.

Man kann sich auch vorstellen, wie die kleinen schnellen Schwingungen des Windes für den Flug ausgenutzt werden könnten, und kann auch hier wieder auf ein anderes Beispiel aus der Mechanik zurückgreifen. Man kennt eine Vorrichtung, die schon praktisch mit Erfolg angewendet worden ist und die Vortriebskraft für ein Boot den kurzen Wasserwellen entnimmt. Sie besteht aus einer Reihe flacher Federn, die an einem gemeinsamen Halter sitzen und so eine Art elastischen Kammes bilden, der an Bug und Heck des Bootes wagrecht in der Wasserlinie so angebracht ist, daß die Federn in der Fahrtrichtung mit dem freien Ende nach hinten liegen (vergl. obere Abbildung). Durch jeden Wellenberg werden die Federn nach oben gedrückt, und da das Boot nun das Bestreben hat, auf dieser nach vorn geneigten Unterlage abzugleiten, so erhält es einen Vortrieb (vergl. Abb.). Die Wellen müssen dabei natürlich so kurz sein, daß sie das Boot nicht aus seiner Lage bringen.

Ähnliche Vorgänge können sich am segelnden Vogel abspielen. Der Apparat mit Federapparat mit den elastischen Federn ist in idealer Vollkommenheit vorhanden in den grossen Schwungfedern, die bei einzelnen Seglern, insbesondere Storch und Gabelweih (vergl. Abb.), auf dem größten Teil ihrer Länge völlig frei liegen und dabei quer zur Flugrichtung so angeordnet sind, daß ihre Fahnen die Arbeit der geschilderten elastischen Teile übernehmen. Bei anderen Seglern, der Möwe z. B., liegen nur die Enden der äußersten Schwungfedern in der Flügelspitze frei, die ebenfalls im angegebenen Sinne wirken können.

Allerdings besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen Boot und Vogel insofern, als das an der Wasseroberfläche schwimmende Boot infolge seiner Wasserverdrängung und Körperform bestrebt ist, seine normale Lage beizubehalten, während eine derartige Richtkraft bei dem völlig von ein und demselben Element umgebenen Vogel nicht auftreten kann. An ihre Stelle tritt aber die Massenträgheit des Vogelkörpers, der durch die nur Bruchteile von Sekunden wirkenden Kräfte nicht in Schwankungen versetzt werden kann. Die Trägheit jedes Körpers gegen eine Drehbewegung ist bekanntlich um so größer, je weiter seine Massen von der Drehachse entfernt sind. Es erscheint darum sehr bedeutsam, daß der Storch beim Segelflug Kopf und Füße weit nach vorn und hinten ausstreckt, denn hierdurch erschwert er die Drehung um die Flügellängsachse und erleichtert so die Ausnützung der kurzen Luftwellen durch seine Schwungfedern. Bei dem besten Segler, dem Albatros, der besonders gut zu beobachten ist, weil er längere Zeit das Schiff begleitet, hat man ein feines Vibrieren des Hinterrandes der Flügel während des Segelflugs tatsächlich festgestellt.

Derartige Feinheiten kann man zwar in absehbarer Zeit dem menschlichen Flugzeug kaum verleihen, so daß auf die Ausnützung dieser Windkraft zunächst noch nicht zu rechnen ist. Im übrigen aber lassen sich auf Grund unserer Feststellungen über die Kraftquellen des Segelflugs schon bestimmte, für ein gutes Segelflugzeug erforderliche Eigenschaften angeben.

Wir fanden schon, daß das Segelflugzeug einen möglichst flachen Gleitflug muß. ausführen können, also einen möglichst kleinen Gleitwinkel besitzen muß. Vorbedingung hierfür ist natürlich, daß das Flugzeug eine möglichst geringe Vortriebskraft benötigt, also einen
möglichst kleinen Luftwiderstand besitzt. Dieser wird von Rumpf, Fahrgestell, Schwanz- und Steuerflächen, Verspannungen und schließlich der Tragfläche selbst erzeugt. Die erstgenannten Teile müssen daher tunlichst vermindert und gut stromlinienförmig ausgeführt werden. Es ist sehr lehrreich, daß die besten bisherigen Segelflugzeuge der Aachener und Hannoveraner Vereine, die von Klemperer, Martens und Hintzen geflogen wurden, freitragende Tragflächen ohne freiliegende Verspannungen, gut geformte Rümpfe und sorgfältig verkleidete Fahrgestelle aufweisen. Die flachste Neigung der Gleitbahn dürfte für normal verspannte Doppeldecker, wie sie bei den englischen und französischen Segelflugwettbewerben im wesentlichen verwendet wurden, kaum über 1:10 hinauskommen, Die deutschen Flugzeuge aber, mit denen in der Rhön die ersten großen Segelflüge durchgeführt wurden, Vampyr (1921) und Greif (1922), hatten schon einen kleinsten Gleitwinkel von 1:16 und 1 : 20. Bei dem neuesten Hannoveraner Segelflugzeug H 6 1923 ist es sogar gelungen, diesen Wert auf 1 : 29 herabzudrücken. Für Tragflächen allein und für Vogelkörper und diesen nachgebildete Modelle hatte man schon flache Gleitbahnen von l : 20 und 1:25 festgestellt. In dieser Hinsicht sind die Untersuchungen von Gustav Lilienthal besonders interessant. Er untersuchte ein vogelähnliches Modell mit geschwungenen Flügeln (vergl. Abb.) und einem dem Vogelflug entlehnten Flügelprofil (vergl. Abb.). An diesen Flügeln bildet sich eine eigenartige Luftströmung heraus, die Lilienthal durch auf Nadeln am Flügel befestigte Papierfähnchen verfolgte. Am Vordergrund des Flügels staut sich der Luftstrom und wird nach oben und unten abgelenkt. Oben löst er sich vorn von der Fläche ab und schmiegt sich erst am Hinterrand wieder an sie an, wobei er die Luft unmittelbar über der Fläche absaugt und so an ihrer Oberseite einen den Auftrieb verstärkenden Unterdruck erzeugt. Im Gegensatz zum oberen Luftstrom kommt der unten sich ablösende Strom hinten nicht wieder zum Anliegen an die Fläche; er kehrt vielmehr unter der Fläche seine Bewegungsrichtung um und fließt nach vorn, reibt sich dabei an der vorteilhafterweise rauhen Unterseite, staut sich vorn in der inneren Wölbung und vermindert so den Widerstand der Fläche. Die unter dem Flügel aufgestaute Luft muß. natürlich auch einen Abfluß haben; er erfolgt, wie aus der Abb. ersichtlich, nach beiden Seiten des Flügels. Der geschilderte Vorstrom entsteht in seiner ausgeprägten Form daher auch nur im mittleren Teil des Flügels, etwa im Bereich um den Schwerpunkt der Fläche. Rechts und links von diesem Gebiet biegen die Luftströme seitlich ab, um schließlich an der Flügelspitze ganz in der Flügellängsrichtung, also quer zur Flugrichtung zu fließen, während der Stau am Rumpf zu einer erneuten Ablenkung nach hinten unter die breiten Flügelteile zwingt. Diese seitlich gerichteten Luftströme unter dem Flügel werden dadurch für den Auftrieb nutzbar gemacht, daß der Flügel innen und außen herabgezogen wird. Daß diese vom Vogelflügel her bekannte Form bei den Flugzeugtragflächen bisher noch nicht angewendet worden ist, hat seinen Grund in der schwierigen konstruktiven Durchbildung eines solchen Flügels.

Beachtenswert ist an dem soeben betrachteten Modell schließlich noch die dicke Profilform der Tragfläche. Diese kommt, wie wir sogleich sehen werden, der zweiten uns schon bekannten Forderung für ein gutes Segelflugzeug entgegen, daß nämlich zur Aufrechterhaltung des flachen Gleitflugs auch eine geringe Fluggeschwindigkeit genügen muß.

Der für das Schweben erforderliche Auftrieb wird beim Flugzeug bekanntlich dadurch erzielt, daß infolge der Vorwärtsbewegung des
Flugzeugs ein Luftstrom unter einem gewissen Angriffswinkel die Tragfläche trifft. Damit die Tragfläche nicht zu groß und das Flugzeug nicht zu schwer wird, muß. man natürlich bestrebt sein, den Auftrieb für jeden Quadratmeter Tragfläche möglichst groß zu gestalten. Dieses Auftriebsvermögen der Tragfläche ließe sich zwar durch Vergrößerung der Geschwindigkeit oder des Angriffswinkels erhöhen. Aber die Geschwindigkeit soll ja gerade gering gehalten werden, und bei kleinen Angriffswinkeln muß. man bleiben, um den Widerstand der Tragfläche nicht zu sehr zu vergrößern. Um mit einer kleinen Geschwindigkeit auskommen zu können, bleibt also nichts weiter übrig, als die Tragfläche sehr groß zu wählen.

Gute Segelflugzeuge mit den normalen Flächenprofilen müssen daher ziemlich grosse Tragflächen erhalten, ganz im Einklang mit den Vorbildern der Natur, die auch den Segelfliegern unter den Vögeln im Verhältnis zum Körpergewicht viel größere Flügel gegeben hat als den Schlagfliegern.

Es gibt aber doch noch ein Mittel, um die Tragflächen klein und damit das Flugzeug leicht halten zu können. Es besteht in der Erhöhung des Auftriebs für die Flächeneinheit durch Verwendung solcher Flügelprofile, die ein besonders grosses Auftriebsvermögen ergeben, und dies sind gerade die dicken Profile, wie sie Professor Junkers zuerst angewendet hat. Eine solche Fläche wird natürlich den erforderlichen Auftrieb schon bei viel geringerer Geschwindigkeit erzeugen, als die gleich grosse Tragfläche von geringerem Auftriebsvermögen. Diese einfache Tatsache bildet die Lösung des Rätsels, warum die Natur ihren Seglern die vorn stark verdickten Flügel verliehen hat und warum die deutschen Segelflugzeuge mit den dicken Tragflächen die besten der Welt sind.

So weist hier die Technik den Menschen auf die Natur hin und schärft seinen Blick für die Wunder der herrlichen weiten Welt.

Quelle: Die weite Welt, ein Buch der Reisen und Abenteuer, Erfindungen und Entdeckungen; © 1924 by Rascher Cie. A.-G., Verlag, Zürich; Jadu 2001