Schraubenflugzeuge

Von Dr. Ing. P. Schuster

Obwohl das Schraubenflugzeug sich noch nicht hat in der Praxis einführen können, ist doch der Gedanke, derartige Maschinen zu bauen, schon uralt. Bereits Leonardo da Vinci hat mechanisch sehr schön durchgearbeitete Vorschläge und Entwürfe für solche Flugapparate gemacht. Aus Mangel an einer geeigneten leichten Kraftmaschine konnten diese Schraubenflugzeuge bis in die neueste Zeit hinein natürlich in großen Abmessungen nicht zum Fliegen gebracht werden. Aber ein kleines, vorzügliche steigendes Schraubenflugzeug kennt eigentlich jeder Junge: den kleinen hölzernen Propeller mit stabförmiger Achse, die man zwischen die flachen Hände legt und zum raschen Drehen bringt; oder auch die kleinen Blechflügelräder, die mit ihrer Nabe auf einer flachgängigen Schraubenspindel sitzen und durch Abziehen in rasche Drehung versetzt werden. Beide Apparate behalten ihre Drehbewegung zufolge ihrer Schwungkraft einige Zeit bei und steigen erst schnell hoch, um dann beim Nachlassen der Schwungkraft langsam herabzusinken.

Der Beweis, daß solche Schraubenapparate fliegen können, ist also geliefert. Für die Ausführung im großen fehlt anscheinend nur noch der leichte Motor. Aber auch diese Annahme trift nicht einmal zu. Denn ein Flugzeugpropeller entwickelt beim Laufen im Stand schon mehr Hubkraft, als das Gewicht von Motor und Propeller ausmacht. Ein Motor und eine Propeller-Anlage von etwa 1400 U/min und eienm Propellerdurchmesser von 2,65 bis 2,8 m ergeben nämlich für

100 PS etwa 325 kg Zug
120 PS etwa 375 kg Zug
160 PS etwa 450 kg Zug.

Das ist also eine Propellerkraft von etwa 3,25 bis 2,8 kg für die Pferdestärke. da nun das Gewicht für die Pferdestärke bei einem wassergekühlten Motor nur etwa 1 bis 2 kg, bei einem luftgekühlten Motor sogar noch weniger als 1 kg betragen kann, während vom Propellergewicht nur ein bis zwei Zehntel Kilogramm auf die Pferdestärke entfallen, so müßte sich eine solche Maschine aus Motor und Propeller doch auch in die Luft erheben können.

Tatsächlich ist es in neuester Zeit auch geglückt, solche Schraubenflieger zum Schweben zu bringen. Da ist zunächst die Maschine des Amerikaners Emile Berliner zu nennen, der sich, in letzter Zeit unterstützt von seinem Sohn Henry, schon seit 20 Jahren mit der Lösung dieses Problems beschäftigt. Das Flugzeug ist nach der Abbildung mit einem abgefederten, dem Fahrgestell der Drachenflugzeuge nachgebildeten Landegestell ausgestattet und besitzt auch einen Rumpf mit dem Führersitz sowie Steuerungsmittel. Da die Hubschrauben des Flugzeugs nur heben und nicht vorwärtsbewegen sollen, ist für die wagrechte Vorwärtsbewegung ein besonderer kleiner Propeller am Schwanzende angebracht. Schwierigkeiten muß es natürlich machen, das Flugzeug im Gleichgewicht zu halten. Zu diesem Zwecke sind darum unter den Hubpropellern in deren Luftstrom liegend an verschiedenen Stellen verstellbare Bremsflächen angebracht. Je mehr diese Flächen quer zum Luftstrom eingestellt werden, um so geringer wird an dieser Seite des Flugzeugs der Auftrieb. Damit sind aber noch nicht alle Probleme der Steuerung gelöst.

Schwierigkeiten mach besonders auch die richtige Durchführung der Vorwärtsbewegung. Denn wenn das Flugzeug eine hinreichende wagrechte Geschwindigkeit entwickelt, so trifft der Luftstrom den nach vorn umlaufenden Hubschraubenflügel viel stärker als den mit dem Luftstrom rückwärts sich bewegenden Schraubenflügel. Dadurch wird die Hubschraube ungleichmäßig beansprucht und kann leicht brechen. Um diese Nachteile zu vermeiden, hat ein anderer Konstrukteur eines Schraubenflugzeugs, Pescara, die Schraubenflügel während des Umlaufs verstellbar gemacht. Eine selbsttätige Vorrichtung besorgt die einstellung in der Weise, daß der vorwärts umlaufende Flügel einen kleineren, der rückwärts sich bewegende einen größeren Steigungswinkel erhält. Durch willkürlich einstellung der Schraubenflügelsteigung von Hand soll dann auch das Gleichgewicht aufrecht erhalten werden.

Trotzdem ist damit das Problem der Stabilisierung des Schraubenflugzeugs nicht gelöst. So seltsam dies scheint, so ist doch offenbar das auf einem Fleck stehende Schraubenflugzeug mehr durch Böen gefährdet, als das schnell vorwärtsgleitende Drachenflugzeug, dessen Eigengeschwindigkeit die der Luftwirbel weit übertrifft. So ist auch das bisher erfolgreichste Schraubenflugzeug durch mangelhafte Stabilität zum Absturz gekommen. Es ist das von Prof. Karman in Wien während des Kriegs erbaute Fessel-Schraubenflugzeug, das sich bis zu 50 m Höhe erhoben hat. Dieses Flugzeug besaß zwei gegenläufige übereinander angeordnete Hubschrauben, die von drei Umlaufmotoren von je 120 PS Leistung angetrieben wurden. Über den Haubschrauben befand sich der Führerstand. Das ganze Flugzeug wog 1300 kg und entwickelte eine Hubkraft von 1800 kg, konnte also eine große zusätzliche Last heben. Diese bestand zum großen Teil aus drei Drahtseilen, die das Flugzeug fesselten und es im Gleichgewicht halten sollten. Es zeigte sich jedoch, daß auch diese Vorsichtsmaßregeln nicht genügten, um den Absturz des Flugzeugs zu verhindern.

Es ist eben der große Nachteil aller dieser Schraubenflugzeuge, die durch schnellaufende Hubpropeller mit schmalen Flügeln von kleiner Fläche gehoben werden, daß ihnen die große Tragfläche fehlt, die hinreichend dämpfend wirken und vor allem beim Versagen des Motors der Absturz verhindern könnte. Dies haben viele Konstrukteure auch schon eingesehen und versucht, langsam umlaufende Hubschrauben mit Flügeln von der Größe der Tragflächen eines normalen Flugzeugs zu verwenden. So einfach dieser Ausweg erscheint, so schwierig ist er in der Praxis zu beschreiten. Der große Vorteil des schnellaufenden Propellers ist nämlich der, daß er ohne große Kraftwirkung an der Nabe doch große Auftriebskräfte erzeugen kann. Die Kraftwirkung am Flügel geht so vor sich, daß die schräg zur Bewegungsrichtung gestellte Fläche die Luft unter sich faßt und zurückdrängt; dadurch entsteht ein Gegendruck am Flügel, der als Auftriebskraft in Erscheinung tritt. Gleichzeitig tritt aber auch durch den Stau der Luft und ihre Reibung am Flügel eine Kraft am Flügel auf, die sich dessen Bewegung widersetzt und durch die Motorkraft überwunden werden muß. Je weiter von der Achse entfernt diese Widerstandskraft nun wirksam wird, um so länger ist der Hebelarm, an dem sie wirkt und umso stärker beansprucht sie die Flügelkonstruktion, die Nabe und die Welle. Die großen Flügelflächen der langsam sich drehenden Hubschrauben müsen nun aber, damit sie eine hinreichende Geschwindigkeit erreichen, weit von der Achse abrücken. Ihre Konstruktionsteile, insbesondere die Wellen müssen also sehr widerstandsfähig gebaut werden und fallen darum sehr schwer aus. Dazu kommt noch, daß zwischen den schnellaufenden Motor und diese Schraubenwellen noch ein Übersetzungsgetriebe eingeschaltet werden muß. es zeigt sich, daß man, um das zulässige Gewicht nicht zu überschreiten, diese Teile gar nicht fest genug herstellen kann, so daß der Bau eines solchen Flugzeugs sehr wenig Erfolg verspricht. Tatsächlich hat man von einem amerikanischen Flugzeug dieser Art, von dem die Zeitungen vor seiner Erprobung viel zu erzählen wußten, nach der Fertigstellung nichts mehr gehört. Es ist dies das Schraubenflugzeug von Crocker und Hewitt.

Da sind nun neuerdings zwei Franzosen, Papin und Rouilly, auf einen ganz eigenartigen Gedanken gekommen. Sie verwenden ebenfalls eine großflügelige Hubschraube, aber sie verlegen die Antriebskraft an deren Umfang statt in die Achse. das erscheint recht sonderbar, ist aber tatsächlich dadurch zu erreichen, daß sie den Flügel hohl bauen und einen Luftstrom hindurchtreiben, den sie außen, wie bei dem bekannten Segnerschen Wasserrad, nach rückwärts ableiten. Der Rückdruck des austretenden Strahls treibt die flügel an. Um den Luftstrom zu erhalten, ist ein kräftiger Ventilator eingebaut, der vom Flugzeugmotor angetrieben wird. Imdrehpunkt sitzt in Kugellagern eine Art Topf mit einem Schwimmer; das ist der Führerraum. damit dieser teil nicht von dem umlaufenden Flügel, in dem er sitzt, mitgenommen wird, erhält er ein röhrenförmiges Steuer, durch das ein Luftstom von solcher Stärke getrieben wird, daß der Führersitz stillsteht und der Flügel sich um ihn herumdreht.

Ursprünglich hatten die Erfinder wie bei einem gewöhnlichen Propeller zwei einander gegenüberliegende Flügel vorgesehen. Jetzt haben sie aber ein ganz eigentümliches Flugzeug mit nur einem Flügel gebaut (siehe Abbildung). Fast scheint es unmöglich, daß dieser Apparat überhaupt fliegen könnte, da doch der Luftstützpunkt auf der einen und das Hauptgewicht auf der anderen Seite liegt. Und doch zeigt eine schöpfung der Natur, daß dieses Problem zu lösen ist. Denn es gibt ein geflügeltes Samenkorn, dasjenige der Sykomore, das ebenfalls nur einen Flügel besitz und doch schnell herumwirbelnd in stetigem ruhigen Fluge, vom Winde über weite Strecken fortgetragen, sich zur Erde senkt.

Wie ist es wohl möglich, daß dieses Gebilde im Gleichgewicht bleibt? Nun, des Rätsels Lösung liegt in der Zentrifugalkraft. Sehen wir uns einmal unser Flugzeug genauer an, das diesem Samen nachgebildet ist. Auf der einen Seite des Drehpunktes liegt der leichte Flügel, auf der anderen in kürzerer Entfernung der schwere Motor. Wenn das Flugzeug auf dem Sitzschwimmer ruht, sind beide Lasten ausgeglichen. Läuft nun das ganze System rasch um, so ziehen die Zentrifugalkräfte beider Massen so stark nach außen, daß das Ganze etwa wie zwischen enorm starken Gummibändern eingespannt schwebt. Wenn dies der Fall wäre, so könnte man vergeblich versuchen, das Flugzeug zum Kippen zu bringen; so wirkt also die Zentrifugalkraft ähnlich wie beim Kreisel auch hier stabilisierend. Wenn einmal der Motor versagt, so muß der Luftdruck das Flugzeug, ähnlich wie bei dem Samen, in Drehung halten. Ob aber der Übergang aus dem einen Zustand in den anderen so glatt gelingen wird, erscheint doch recht zweifelhaft.

Aus alledem ergibt sich, daß sich das alte Schraubenflugzeug recht hartnäckig gegenüber den Erfindern und Konstrukteuren zeigt, und es fast den Anschein, als ob die Technik in der Ausbildung des Drachenflugzeugs doch wohl den einzig gangbaren Weg beschritten habe.

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