05.06.1963

LUFTFAHRTGegschlitzte Flügel

Ein zehn Jahre alter umgebauter US -L1 Bomber und ein antiquiert anmutender englischer Schulterdecker mit starrem Fahrwerk sollen nach Ansicht ihrer Konstrukteure - den Weg in die Zukunft des Flugzeugbaus weisen.
Der Schulterdecker, das Versuchsflugzeug H. 126 der "British Aircraft Corporation", startete Ende März zum erstenmal. Der Bomber, eine von der
"Northrop Corporation" umgebaute Douglas B-66 (neue Bezeichnung: X-21A), machte in der vorletzten Woche erfolgreich die ersten Probeflüge.
An beiden Maschinen sind Ideen verwirklicht worden, mit denen die Aerodynamiker seit Jahrzehnten spielen. Amerikaner wie Briten änderten die herkömmliche Tragflächenbauweise radikal, um die Strömungsverhältnisse an den Flügeln und damit die Flugeigenschaften entscheidend zu verbessern:
- Die Amerikaner stanzten rasierklingendünne Schlitze in die Tragflächenbespannung der X-21A. Dadurch läßt sich die sogenannte Grenzschicht, eine besonders stark bremsende Luftschicht, absaugen. Vorteil: Vergrößerung der Reichweite um 50 Prozent oder der Nutzlast um 74 Prozent. Während etwa eine vollbeladene Düsenmaschine vom Typ Boeing 707-430 knapp die Strecke Frankfurt - New York im Nonstop-Flug bewältigen kann, würde sie mit Schlitzflügeln bei gleichem Treibstoffverbrauch von Frankfurt nach San Francisco durchfliegen können.
- Die Briten verwandelten die hinteren Tragflächenkanten der H. 126
in flachgezogene Ausstoßdüsen für das Turbinentriebwerk. Dadurch läßt sich der Auftrieb beträchtlich erhöhen. Vorteil: drastische Verminderung der Start- und Landegeschwindigkeit und damit der erforderlichen Rollstrecke. Während die Boeing 707-430 nur auf Flugplätzen mit einer Rollbahn von mindestens 3260 Metern starten darf, würden Maschinen nach Machart der H. 126 mit weit kürzeren Pisten auskommen.
Die Grenzschicht zu beseitigen, war für die Flugzeugbauer "schon immer verlockend", notierte das britische Fachblatt "New Scientist". Sie ist ein flughemmender Schleier aus kleinsten Luftwirbeln, der sich an den Oberflächen aller schnell bewegten Objekte bildet. Die Luftteilchen dieser Grenzschicht fließen nicht gleichförmig über die Tragflächen, sondern bleiben vorübergehend als Polster haften: Der Flügel wird gewissermaßen durch ein Luftkissen verdickt, der Luftwiderstand dadurch vergrößert (siehe Graphik Seite 76).
Bei den relativ langsamen Propellerflugzeugen nahmen die Flugzeugbauer diese physikalische Behinderung noch in Kauf. Die schnellen Düsenmaschinen aber, bei denen der Grenzschicht-Effekt in ungleich stärkerem Maße auftrat, entpuppten sich als "treibstoffsaufende Monster" ("Time"), so daß die Konstrukteure auf Abhilfe sannen.
1949 holte sich die US-Firma Northrop den Schweizer Aerodynamiker und Grenzschicht-Spezialisten Dr. Werner Pfenninger, der vor dem Kriege bereits Schlitzflügel-Versuche angestellt hatte. Wenig später begann bei der britischen Flugzeugfirma Handley Page der gebürtige Dresdner Dr. Gustav Lachmann, der 1922 mit der Arbeit "Der Schlitzflügel und seine Bedeutung in der Luftfahrt" in Aachen promoviert hatte, gleichfalls mit Schlitzflügel-Experimenten.
Während der Deutsche in Großbritannien wegen der "müden offiziellen Haltung" der Luftfahrtbeamten seine Ideen nur schleppend verwirklichen konnte, wurde dem Schweizer in Amerika volle Unterstützung zuteil. Als Pfenninger seinen jüngsten Entwurf vorlegte, sprach US-Luftwaffengeneral Bernard A. Schriever von einem "wirklichen technischen Durchbruch".
Die "New York Herald Tribune" beschrieb Pfenningers Konstruktion als "atmenden Flügel": Die Grenzschicht wurde - durch die dünnen Tragflächenschlitze-praktisch vom Flügel eingeatmet wie Staub von einem Staubsauger. Die Saugkammern waren lamellenförmig an den Innenseiten der Tragflächen angeordnet; der Sog wurde durch zwei Spezialturbinen bewirkt.
Bei Windkanalversuchen stellte sich heraus, daß die Schlitzflügel-Technik den Luftwiderstand des Flugzeugs um etwa 40 Prozent mindert - freilich unter der Voraussetzung höchster mechanischer Fertigungsqualitäten: Die Oberfläche des geschlitzten Flügels muß so glatt sein wie ein Kristallspiegel. Außerdem ergab sich in den Experimenten, daß sich die sogenannte Überziehgeschwindigkeit verringert - die kritische Geschwindigkeit, bei der ein Flugzeug infolge mangelnden Auftriebs durchsackt (stalling speed).
Die relativ hohe Überziehgeschwindigkeit der modernen Düsengiganten (zwischen 220 und 280 km/st) ist es, die extrem lange Rollbahnen auf den Flugfeldern bedingt. Dieses Tempo aber würde sich bei Verwendung von Schlitzflügeln, die einen stärkeren Auftrieb bewirken, drastisch verringern lassen
- ein Ziel, das britische Flugzeugkonstrukteure auf grundsätzlich andere, aber ebenso unkonventionelle Weise zu erreichen suchen.
Die Konstrukteure der H. 126 verschafften ihrer Maschine einen stärkeren Auftrieb bei Start und Landung, indem, sie den heißen Gasstrahl der Antriebsturbine zum überwiegenden Teil von fächerförmigen Düsen entlang der gesamten Hinterkante der Tragflächen abstrahlen ließen.
Effekt: Im Streckenflug vermitteln die ausströmenden Gase der Düsenfächer normalen Schub; bei Start und Landung aber, wenn die hinter den Schlitzdüsen liegenden Landeklappen und Querruder nach unten gekippt werden, folgt der heiße Gasstrom dieser Abwärtsbewegung. Obwohl die Geschwindigkeit der Maschine stark gedrosselt wird, reißt die Strömung nicht ab; der Auftrieb bleibt erhalten.
Obgleich ein Sprecher des britischen
Luftfahrtministeriums für den Fall, daß die Versuche mit dem Düsenklappenflugzeug erfolgreich verlaufen, die "Anwendung des Systems bei allen künftigen Linien- und anderen Flugzeugen mit hohen Landegeschwindigkeiten" prophezeite, mutet das amerikanische Schlitzflügel-System zukunftsträchtiger an. Für die Luftfahrtgesellschaften dürfte der Schlitzflügler schon insofern verheißungsvoller sein, als er - wie Konstrukteure errechneten - ermöglichen würde, die Kosten pro Passagier-Kilometer auf ein Drittel bis ein Viertel zu senken. Die US-Luftwaffe erhofft sich von den geschlitzten Flügeln Transportflugzeuge und fliegende Raketenbasen, die drei Tage in der Luft bleiben können, ohne aufzutanken.
Inzwischen interessiert sich auch die amerikanische Marine für die Technik der Grenzschicht-Absaugung, wie sie bei der X-21A angewandt wird. Auf ähnliche Weise, so hoffen die Navy-Experten, könne man auch die Grenzschicht-Turbulenz bei U-Booten und Torpedos beseitigen. Ziel: höhere Geschwindigkeit der U-Boote und größere Treffsicherheit der Torpedos.
Amerikanisches Versuchsflugzeug X-21A: Drei Tage in der Luft ...
... ohne aufzutanken?: Englisches Versuchsflugzeug H. 126

DER SPIEGEL 23/1963
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