Wie Segelflugzeuge fliegen, und wie sie sich von Motorflugzeugen unterscheiden

Während Flugzeuge und Segelflugzeuge viele konstruktive, aerodynamische und fliegerische Faktoren gemeinsam haben, verändert das Fehlen eines Motors die Art und Weise, wie ein Segelflugzeug fliegt, grundlegend.

Raumsparender Rumpf

Da kein Motor Platz wegnimmt, ist die Größe eines Segelflugzeugs auf die zu transportierende Fracht abgestimmt; der Rumpf ist so klein und leicht wie möglich. Die meisten Segelflugzeuge haben Sitze für zwei Personen in dem kleinen Cockpit, wobei die Piloten in einer zurückgelehnten Position sitzen, im Gegensatz zu Motorflugzeugen, bei denen die Piloten normalerweise aufrecht sitzen. Warum der Unterschied? Durch die zurückgelehnte Sitzposition können das Cockpit und die Kabinenhaube stromlinienförmiger gestaltet werden, was zu einem geringeren Luftwiderstand führt.

Die Oberfläche des Rumpfes eines Segelflugzeugs ist so glatt wie möglich, damit das Flugzeug mit geringem Luftwiderstand durch die Luft fliegen kann. Die ersten Segelflugzeuge bestanden aus Holz, das mit Segeltuch bespannt war; spätere Versionen wurden aus vernieteten Aluminiumhäuten hergestellt. Leider verringerten die für Aluminium typischen Nähte und Nieten die Leistung aufgrund des Luftwiderstands erheblich, so dass die Segelflugzeuge weiter angepasst wurden. Heute bestehen viele moderne Segelflugzeuge aus nahtlosen Materialien wie Glas- und Kohlefaser.

Tragflächen mit hoher Streckung

Segelflugzeuge haben Tragflächen mit hoher Streckung, d.h. sie sind länger und schmaler als die Tragflächen normaler Motorflugzeuge.

Die Streckung wird berechnet, indem man das Quadrat der Spannweite des Flügels durch die Fläche des Flügels teilt. Wie man im obigen Diagramm sehen kann, hat das Segelflugzeug Schleicher ASH 31 eine Streckung von 33,5, während die Piper Cherokee eine Streckung von 5,6 hat.

Flügel mit hoher Streckung erzeugen einen geringeren induzierten Widerstand, was sie bei Segelflugzeugen so effizient macht. Warum haben dann nicht alle Flugzeuge Flügel mit hoher Streckung? Dafür gibt es mehrere Faktoren.

Erstens biegen sich Flügel mit hoher Streckung stärker als kürzere Flügel, was bedeutet, dass sie mit stärkeren Konstruktionsmerkmalen ausgelegt werden müssen. Da Segelflugzeuge leicht sind, ist die Biegung kein so großes Problem. Aber bei schwereren Flugzeugen, wie z. B. Verkehrsflugzeugen, wäre ein Flügel mit hoher Streckung unpraktisch. Außerdem sind Flügel mit hoher Streckung anfälliger für Flügelverwerfungen, wenn Querruder verwendet werden. Da Segelflugzeuge relativ langsam fliegen, ist der Flügelverzug nicht so ausgeprägt, aber in einem schnellen Flugzeug wäre er ein echtes Problem.

Die Manövrierfähigkeit ist ein weiterer wichtiger Faktor. Flügel mit großer Streckung verringern die Manövrierfähigkeit, weil sie ein höheres Trägheitsmoment haben. Stellen Sie sich das wie bei einem Seiltänzer vor: Er trägt eine lange Stange, um das Gleichgewicht zu halten, damit er nicht schnell nach links oder rechts fällt. Das ist toll, wenn man an einem Ort bleiben will, aber nicht so toll, wenn man sich schnell nach links oder rechts bewegen (oder rollen) will.

Schließlich begrenzt die Größe des Flughafens das Seitenverhältnis, das ein Flugzeug haben kann. Nehmen Sie zum Beispiel die Boeing 777. Die 777 hat ein Streckungsverhältnis von etwa 9. Hätte sie eine Streckung von 30+, könnte sie nicht neben anderen Flugzeugen auf dem Vorfeld parken, und ihre Flügel wären so lang, dass sie bei Start und Landung über die Rollbahnen hängen würden. Das wäre natürlich nicht praktikabel.

Steuerflächen

Wie die meisten Flugzeuge benutzen auch Segelflugzeuge Quer-, Seiten- und Höhenruder zum Fliegen. Wölbklappen werden an Segelflugzeugen angebracht, um die Sinkgeschwindigkeit zu steuern, indem sie den Luftwiderstand erzeugen und den Auftrieb erhöhen. Viele moderne Segelflugzeuge verwenden auch Bremsklappen oder Spoiler, die, wenn sie eingesetzt werden, die Luftströmung über der Tragfläche drastisch unterbrechen, was den Luftwiderstand erhöht und den Auftrieb verringert.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen Motorflugzeugen und Segelflugzeugen besteht darin, dass Segelflugzeuge normalerweise nur ein Fahrwerk haben, das sich direkt unter dem Piloten befindet. Mit nur einem Fahrwerk lässt sich viel Gewicht sparen, aber was passiert mit den Flügeln beim Start und bei der Landung, wenn man nur ein Fahrwerk hat? Die Flügelspitzen sind durch Kufen oder kleine Räder geschützt, und wenn das Segelflugzeug landet, kommt es auf dem Hauptfahrwerk und einer der Flügelspitzen zur Ruhe.

Segelflugzeugstart

Da sie keine Motoren haben, verwenden Segelflugzeuge normalerweise eine von zwei Methoden, um vom Boden abzuheben:

1) Flugzeugschlepp: Ein Motorflugzeug schleppt das Segelflugzeug mit einem langen Seil in die Luft. Im Cockpit betätigt der Segelflugzeugpilot einen Schnellspanner, um das Schleppseil zu lösen. Sobald das Segelflugzeug die gewünschte Höhe erreicht hat, wird das Seil losgelassen und das Segelflugzeug und das Schleppflugzeug drehen sich in entgegengesetzte Richtungen.

2) Windenstart: Ein Motor am Boden treibt eine Winde an, die mit einem Seilstartsystem verbunden ist. Das Seil wird dann an der Unterseite des Segelflugzeugs befestigt. Sobald die Winde aktiviert ist, wird das Segelflugzeug mit hoher Geschwindigkeit über den Boden zur Winde gezogen und hebt ab. In kurzer Zeit gewinnt das Flugzeug dabei erheblich an Höhe und lässt das Windenseil los, bevor es weiterfliegt.

Im Flug

Die Gleitzahl misst die Gleitleistung eines Flugzeugs; viele moderne Segelflugzeuge haben eine Gleitzahl von mehr als 60:1. Das bedeutet, dass man, wenn man in einer Höhe von 1 Meile startet, 60 Meilen weit gleiten kann. Zum Vergleich: Eine Boeing 747 hat eine Gleitzahl von 15:1.

Aber wenn die Gleitzahl das Einzige wäre, was Segelflugzeuge in der Luft hält, würden sie nicht sehr lange fliegen. Wie bleiben sie also in der Luft? Es gibt 3 Hauptarten von aufsteigender Luft, die Segelflugzeugpiloten nutzen:

1) Thermik sind aufsteigende Luftsäulen, die durch die Erwärmung der Erdoberfläche entstehen. Luft in Bodennähe dehnt sich aus und steigt auf, wenn die Erdoberfläche erwärmt wird. Bestimmte Geländetypen absorbieren die Sonne schneller als andere, z. B. asphaltierte Parkplätze, dunkle Felder, felsiges Gelände usw. Diese Stellen absorbieren Wärme und erwärmen die Luft über ihnen, wodurch thermische Luftströmungen entstehen.

Neu entstehende Kumuluswolken oder Vögel, die ohne Flügelschlag aufsteigen, sind typische Anzeichen für thermische Aktivität. Wenn ein Segelflieger „aufsteigt“, findet er diese Thermiksäulen und nutzt sie. Da die Thermik oft nur ein kleines Gebiet abdecken kann, muss man beim Thermikfliegen oft eine enge Kurve fliegen, um innerhalb der aufsteigenden Lufttasche zu bleiben.

2) Rückenauftrieb wird durch Winde erzeugt, die gegen Berge, Hügel oder andere Bergrücken wehen. Entlang der windzugewandten Seite des Berges bildet sich ein Band des Auftriebs, in dem die Luft durch das Gelände nach oben umgelenkt wird. Normalerweise reicht der Kammauftrieb nur einige hundert Fuß höher als das Gelände, das ihn erzeugt. Es ist bekannt, dass Piloten tausende von Kilometern entlang von Gebirgsketten „Kamm-Soaring“ betreiben.

3) Wellenauftrieb ist dem Kammauftrieb insofern ähnlich, als er entsteht, wenn Wind auf einen Berg trifft. Allerdings entsteht der Wellenauftrieb auf der Leeseite (windabgewandten Seite) der Gipfel durch Winde, die über die Bergkuppe hinweggehen. Wellenauftrieb ist an linsenförmigen Wolkenformationen zu erkennen – sie sehen aus wie fliegende Untertassen. Wellenauftrieb kann Tausende von Metern hoch sein, und Segelflugzeuge, die auf Wellenauftrieb fliegen, können Höhen von mehr als 35.000 Fuß erreichen.

Auftrieb und Gieren erkennen

Die vertikale Geschwindigkeitsanzeige in Ihrem Cockpit zeigt Ihnen an, ob Sie steigen oder sinken. Wenn du ein Segelflugzeug fliegst und die vertikale Geschwindigkeitsanzeige plötzlich nach oben springt, bist du wahrscheinlich in eine Thermiksäule geraten und solltest versuchen, so lange wie möglich in der aufsteigenden Luft zu bleiben.

Das Segelflugzeug rutscht oder gleitet durch die Luft, wenn es nicht direkt in die Richtung zeigt, in die es fliegt, relativ zur Luftmasse um es herum. Eine Schnur an der Windschutzscheibe zeigt dem Segelflugzeugpiloten an, ob das Segelflugzeug gerade fliegt (die Schnur ist gerade) oder ob es giert (die Schnur ist nach rechts oder links geneigt). Im Allgemeinen versuchen Segelflugzeugpiloten, die Schnur gerade zu halten, da der geringste Luftwiderstand entsteht, wenn man gerade durch die Luft fliegt.

Ballast

Einige Segelflugzeuge tragen mit Wasser gefüllte Ballasttanks. Schwerere Segelflugzeuge sinken schneller als leichtere Segelflugzeuge. Die Gleitzahl wird durch das Gewicht nicht beeinflusst, da ein schwereres Flugzeug zwar schneller sinkt, dies aber mit einer höheren Geschwindigkeit tut. Mit mehr Gewicht sinkt der Schirm schneller und legt dabei die gleiche Strecke zurück; dies ist ideal für Streckenflüge. Ein schwereres, mit Ballast beladenes Segelflugzeug hat eine geringere Steigrate und eine kürzere Flugdauer, wenn es sich im Auftrieb befindet. Der Wasserballast kann jederzeit über Ablassventile abgelassen werden, um diese Flugeigenschaften zu minimieren und vor der Landung zu verlangsamen.

Landung

Im Vergleich zur Landung in einem Motorflugzeug gibt es beim Fliegen eines Segelflugzeugs ein paar wichtige Unterschiede. Erstens können Segelflugzeuge keine Leistung zulegen, wenn sie die Landezone nicht erreichen können. Es mag wie ein einfaches Konzept erscheinen, aber Segelflugzeugpiloten sind darauf trainiert, ihren Landeanflug richtig einzuschätzen, um nicht zu kurz zu landen, und immer zu warten, bis sie sicher sind, dass sie das Feld erreicht haben, bevor sie durch Klappen oder Spoiler Widerstand erzeugen.

Die Landung selbst unterscheidet sich nicht allzu sehr von der eines Flugzeugs: Man fächert auf, bis der Auftrieb nachlässt, und versucht dann, leicht aufzusetzen. Da Segelflugzeuge nur ein Rad haben, ist es eine Art Balanceakt, die Flügel so lange wie möglich vom Boden fernzuhalten.

Segelflugzeuge sind unglaubliche Fluggeräte, die bei den richtigen atmosphärischen Bedingungen stunden- oder tagelang in der Luft bleiben können. Das sorgfältige aerodynamische Design, das für den Bau eines Segelflugzeugs erforderlich ist, macht diese Vögel schnell und einzigartig.

Und wenn du noch nie die Gelegenheit hattest, ein Segelflugzeug zu fliegen, empfehlen wir dir, es einmal zu versuchen.