Aëroplan

Ein Flugzeug ist ein Luftfahrzeug, das schwerer als Luft ist. Für den zum Fliegen erforderlichen Auftrieb und für die Steuerung werden aerodynamische Effekte genutzt.

Das Prinzip des aerodynamischen Fluges wird durch unterschiedliche Bauweisen verwirklicht, denen gemeinsam ist, dass ein dynamischer Auftrieb erzeugt wird. Im Gegensatz zu Luftfahrzeugen, die leichter als Luft sind und den statischen Auftrieb nutzen (wie Ballone oder Luftschiffe), entsteht der Auftrieb bei Flugzeugen erst, wenn die Luft die festen oder beweglichen Tragflächen umströmt.

Modernes vierstrahliges Großraumflugzeug (Airbus A380)

Inhaltsverzeichnis

Flugzeugtypen

Starrflügelflugzeuge

Dornier Do 228

Bei Starrflügelflugzeugen wird der Auftrieb – bei der Vorwärtsbewegung des Luftfahrzeugs – durch die Luftströmung an den Tragflächen erzeugt. Dabei bildet sich über der Tragfläche durch den Verdrängungsimpuls des Flügels ein Wirbelansatz, der über der Tragfläche einen Unterdruck verursacht und somit eine nach oben gerichtete Auftriebskraft erzeugt. Die Flügel können aber auch flexibel am Flugzeugrumpf fixiert sein. So werden teils horizontal verstellbare Schwenkflügel (variable Pfeilung) eingesetzt, die der Fluggeschwindigkeit angepasst werden, z. B. beim Kampfflugzeug Tornado.

Im weiteren Sinn benutzen das Starrflügelprinzip auch Luftfahrzeuge mit vollkommen flexiblen Tragflächen, wie Gleit- und Motorschirme, sowie mit zerlegbaren Tragflächen wie bei Hängegleitern. Viele Rundkappenfallschirme, insbesondere Bremsfallschirme und Fallbremsen (engl. fall retarder), sind nicht lenkbar und werden daher nicht zu den Flugzeugen gerechnet.

Bodeneffektfahrzeuge komprimieren Luft unter einer Tragfläche und sind damit nichts anderes als tief fliegende Starrflügelflugzeuge.

Drehflügler

Bell UH-1, einer der bekanntesten Hubschrauber

Bei Drehflüglern sind die Tragflächen in Form eines horizontalen Rotors aufgebaut. Die Luftströmung über den Rotorblättern ergibt sich aus der Kombination der Drehbewegung des Rotors und der anströmenden Luft aus Eigenbewegung und Wind.

Hubschrauber

Hubschrauber besitzen einen oder mehrere angetriebene (nahezu) waagerechte Rotoren, die Auftrieb und Vortrieb erzeugen. Die Regelung des Auftrieb erfolgt durch kollektive Rotorblattverstellung, die Lateralbewegung (Vorwärts-/Rückwärts- sowie Seitwärtsflug) durch die zyklische Rotorblattverstellung. Bei den meisten Hubschraubern drehen sich bei einem Ausfall des Motors die Rotorblätter durch den Fahrtwind weiter und erzeugen noch genug Auftrieb um das Fluggerät sicher Notlanden zu können. Dieses Prinzip nennt sich Autorotation.

Tragschrauber

Beim Tragschrauber, auch „Autogyro” genannt, sorgt ein durch den Fahrtwind, nicht durch ein Triebwerk, in Autorotation angetriebener Rotor für den Auftrieb. Der Rotor ersetzt dabei funktional den starren Tragflügel des Tragflügelflugzeugs. Für den Vortrieb muss ein Zug- oder Schubtriebwerk sorgen.

Flugschrauber

Flugschrauber erzeugen den Auftrieb über einen durch ein Triebwerk angetrieben Rotor und den Vortrieb über Schub- oder Zugtriebwerke. Die Geschwindigkeit eines Hubschraubers wird nicht durch mangelnden Vortrieb des Rotors, sondern durch dessen Aerodynamik begrenzt. Daher wurden, nach einigen frühen Entwürfen, nie reine Flugschrauber realisiert, sondern stets auch Tragflächen eingesetzt, somit muss man von Kombinationsflugschraubern sprechen.

Hybride aus Drehflügler und Starrflügelflugzeug

Verbundhubschrauber

Verbundhubschrauber sind eine Kombination aus Hubschrauber und Starrflügelflugzeug. Sie besitzen einen oder mehrere Rotoren, die Auf- und Vortrieb erzeugen, sowie feste Tragflügel, auch in Form von Stummelflügeln, die beim Reiseflug einen Teil des Auftriebs übernehmen. Beim Schwebeflug verringern diese Tragflächen jedoch die Leistungsfähigkeit des Hauptrotors, da sie sich in seinem Abwind befinden.

Kombinationsflugschrauber

Kombinationsflugschrauber, auch „Compounds” genannt, kombinieren ebenfalls Drehflügel und Starrflügel, jedoch wird der Vortrieb nicht (nur) mit dem Hauptrotor erzeugt. Beim Senkrechtstart übernimmt der Rotor den Auftrieb, beim Reiseflug übernehmen Schub- oder Zugtriebwerke den Vortrieb, Tragflächen und ggf. stehende Rotoren den Auftrieb. Der Rotor kann beim Reiseflug teils auf niedrigen Widerstand eingestellt und abgekuppelt oder als zusätzliche Tragfläche genutzt werden (z. B. Boeing X-50 und Sikorsky X-wing). Da der Auftrieb im Vorwärtsflug nicht (nur) durch den drehenden Rotor erzeugt wird, sind höhere Flugleistungen als beim Hubschrauber möglich.

Wandelflugzeug

Wandelflugzeuge, auch als Verwandlungsflugzeuge oder Verwandlungshubschrauber bezeichnet, nutzen beim Senkrechtstart die Konfiguration eines Hubschraubers. Beim Übergang zum Vorwärtsflug werden sie zum Starrflügler umkonfiguriert. Sie kombinieren so Vorteile von Drehflügler und Starrflügler. Die Wandlung erfolgt meist durch Kippen des Rotors, der dann als Zugtriebwerk arbeitet – Kipprotor oder Tiltrotor genannt (z. B. Bell-Boeing V-22). Zu den Wandelflugzeugen gehören auch Kippflügel-, Schwenkrotor-, Einziehrotor- und Stopprotorflugzeuge. Die meisten nicht durch Strahltriebwerke angetriebenen Senkrechtstarter (VTOL-Flugzeuge) gehören zu den Wandelflugzeugen.

Schwingenflugzeuge (Ornithopter)

Bei Schwingenflugzeugen bewegen sich die Tragflächen wie Vogelflügel auf und ab, um Auftrieb und Vortrieb zu erzeugen. Sie werden daher teils auch Flatterflügel genannt. Besonders in der Frühzeit der Luftfahrt wurde versucht, Schwingenflugzeuge nach dem Vorbild der Natur zu bauen. Es ist nicht bekannt, dass personentragende Flugzeuge dieses Typs bisher geflogen sind, es gibt aber funktionsfähige, ferngesteuerte Modell-Ornithopter und Kleinstdrohnen wie z. B. das DelFly der TU Delft.

Rotorflugzeuge

Ein Rotorflugzeug besitzt als Tragorgane Flettner-Rotoren, die den Magnus-Effekt nutzen. Momentan haben Rotorflugzeuge keinerlei praktische Bedeutung. Rotorflugzeuge dürfen nicht mit Drehflüglern verwechselt werden.

Abgrenzung zum Luftkissenfahrzeug

Die Grenze zwischen Flugzeug und Landfahrzeug bzw. Schiff ist beim Vollhovercraft erreicht. Das Luftkissenfahrzeug nutzt nicht den aerodynamischen Auftrieb und ist deshalb kein Flugzeug. Ein Hybrid zwischen Luftkissenfahrzeug und Bodeneffektfahrzeug ist das amerikanische Hoverwing (das deutsche Modell gleichen Namens ist ein reines Bodeneffektfahrzeug). Dieses lässt sich wiederum den Starrflügelflugzeugen zuordnen.

Abgrenzung zur Rakete

Anders als das Flugzeug fliegt die Rakete ballistisch, auch wenn sie aerodynamische Steuerflächen haben kann. Diese dienen aber nicht dem Auftrieb, sondern nur der Stabilisierung und Steuerung. Ein Sonderfall ist der Raumgleiter, der meist im ballistischen Flug startet und im aerodynamischen Flug landet. Er kann als Flugzeug angesehen werden.

Aufbau

Traditionell wird ein Flugzeug in drei Hauptgruppen (Konstruktionshauptgruppen) unterteilt. Diese bestehen aus Flugwerk, Triebwerksanlage und der Ausrüstung. Zum Aufbau der Komponenten können verschiedene Werkstoffe und Konstruktionsprinzipien verwendet werden.

Werkstoffe

Werkstoffe für Flugzeuge sollten eine möglichst große strukturelle Festigkeit besitzen, damit das Gewicht des Flugzeuges möglichst klein gehalten werden kann. Grundsätzlich eignen sich insbesondere Stähle, Leichtmetalle, Holz, Papier, Gewebe und Kunststoffe für den Flugzeugbau. Während Holz bis zu mittleren Größen sinnvoll angewendet worden ist, wird heute im Flugzeugbau allgemein der Metall- und Verbundbau, bei dem verschiedene Materialien so kombiniert werden, dass sich ihre Eigenschaften jeweils optimieren, bevorzugt.

Bauweisen

Strukturen an Flugzeugen lassen sich durch verschiedene Bauweisen realisieren. Es kann zwischen vier Bauweisen unterschieden werden, der Holzbauweise, Gemischtbauweise, Metallbauweise und FVK-Bauweise.
Bei der Holzbauweise wird für den Rumpf ein Gerüst aus hölzernen Längsgurten und Spanten geleimt, das anschließend mit dünnem Sperrholz beplankt wird. Die Tragfläche besteht aus einem oder zwei Holmen, an die im rechten Winkel vorne und hinten die sog. Rippen angeleimt sind. Die Rippen geben dem Flügel die richtige Form. Vor dem Holm ist der Flügel mit dünnen Sperrholz beplankt, diese Beplankung wird Torsionsnase genannt, sie verhindert, dass sich der Flügel beim Flug parallel zum Holm verdreht. Hinter dem Holm ist Flügel mit einem Stoff aus Baumwolle oder speziellem Kunststoff bespannt. Dieser Stoff wird auf dem Holm oder der Torsionsnase und an der Endleiste, die die Rippen an der Flügelhinterkante verbindet, festgeklebt und mit Spannlack bestrichen. Spannlack zieht sich beim Trocknen zusammen und sorgt so dafür, dass die Bespannung straff ist. Bei Motorflugzeugen muss der Stoff zusätzlich noch an den Rippen festgenäht werden. Modernere Bespannstoffe aus Kunststoff ziehen sich beim Erwärmen zusammen, sie werden zum Spannen gebügelt. In die oberen Spannlackschichten wird bei Motorflugzeugen Aluminiumpulver als UV-Schutz eingemischt. Beispiele für solche Flugzeuge sind z. B. die Schleicher Ka 2 oder die Messerschmitt M17. Die reine Holzbauweise ist inzwischen veraltet.

Der Rumpf einer Piper PA 18 ohne Bespannung während einer Grundüberholung
Die rechte Tragfläche einer Piper PA 18 während einer Grundüberholung. Die gelb lackierte Bespannung ist zum Teil entfernt. 1: Holme; 2: Rippe

Die Gemischtbauweise ist eine Mischung aus Holz- und Metallbauweise. Üblicherweise besteht hierbei der Rumpf aus einem geschweißten Metallgerüst, das mit Stoff bespannt ist, während die Flügel wie in der Holzbauweise gebaut sind. Es gibt allerdings auch Flugzeuge, deren Tragflächen ebenfalls aus einem bespannten Metallgerüst bestehen. Der Grundaufbau aus Holmen und Rippen unterscheidet sich aber nur durch die verwendeten Materialien von der Holzbauweise. Die Schleicher Ka 8 ist ein Flugzeug mit einem Rumpf aus Metallgerüst und hölzernen Tragflächen, bei der Piper PA 18 bestehen die Tragflächen aus einem Aluminiumgerüst.
Die Metallbauweise ist bei Motorflugzeugen die gängigste Bauweise. Der Rumpf besteht aus einem verschweißten oder vernieteten Metallgerüst, das außen mit Blech beplankt ist. Die Tragflächen bestehen aus einem, bei großen Flugzeugen auch mehreren, Holmen, an die die Rippen angenietet oder angeschraubt sind. Die Beplankung besteht wie beim Rumpf aus dünnem Blech. Eines der bekanntesten Motorflugzeuge in Metallbauweise ist die Cessna 172, aber es gibt auch Segelflugzeuge aus Metall, wie den LET L-13 Blaník.

Ein Querruder einer Schleicher ASK 21. Das FVK ist angeschliffen, die einzelnen Glasfaser-Gewebelagen sind gut erkennbar.

Die Metallbauweise wird seit einigen Jahren zunehmend durch die Faser-Verbund-Kunststoff-Bauweise (kurz: FVK-Bauweise) verdrängt. Das Flugzeug besteht aus Matten, meistens Gewebe aus Glas-, Aramid-, oder Kohlefasern, die in Formen gelegt, mit Kunstharz getränkt und anschließend durch Erhitzen ausgehärtet werden. An den Stellen des Flugzeuges, die viel Energie aufnehmen müssen wird zusätzlich ein Stützstoff, entweder Hartschaumstoff oder eine Wabenstruktur eingeklebt. Auch hier wird nicht auf Spanten im Rumpf und Holme in den Tragflächen verzichtet. Die FVK-Bauweise wurde zuerst im Segelflug angewendet, das erste Flugzeug dieser Bauweise war die FS 24, der Prototyp wurde 1953 bis 1957 von der Akaflieg Stuttgart gebaut. Inzwischen gehen aber auch Hersteller von Motorflugzeugen auf die FVK-Bauweise über, z. B. Diamond Aircraft oder Cirrus Design Corporation. Beispiele für die FVK-Bauweise sind der Schempp-Hirth Ventus oder die Diamond DA40. Vor allem im Großflugzeugbau werden zurzeit auch Kombinationen aus Metallbauweise und FVK-Bauweise hergestellt. Das populärste Beispiel ist der Airbus A 380.

Das Flugwerk

Tragfläche mit um wenige Grad ausgefahrenen Landeklappen

Das Flugwerk besteht aus dem Tragwerk, dem Rumpfwerk, dem Leitwerk, dem Steuerwerk und dem Fahrwerk bei Landflugzeugen bzw. dem Schwimmern bei Wasserflugzeugen. Bei Senkrechtstartern und Segelflugzeugen älterer Bauart kann statt dem Fahrwerk oder dem Schwimmern ein Kufenlandegestell vorhanden sein.

Tragwerk

Das Tragwerk besteht bei Starrflügelflugzeugen aus Flügel, Vorflügel und Landeklappen, bei Drehflügelflugzeugen aus einem oder mehreren Rotoren.

Leitwerk

Das Leitwerk besteht bei Starrflügelflugzeugen aus dem Höhenleitwerk mit den Höhenrudern und den zugehörigen Trimmrudern, dem Seitenleitwerk mit dem Seitenruder und dem Trimmruder dafür und den Querrudern. Bei bestimmten Drehflügelflugzeugen können sich an den Rotorblättern kleine Ruder befinden. Auch einen Heckrotor, ein Fenestron oder eine Steuerdüse am Heckausleger kann als zum Leitwerk gehörend betrachtet werden. Zudem ist die Hauptaufgabe des Leitwerks die gegebene Fluglage und Richtung zu stabilisieren und Steuerung um alle drei Achsen des Flugzeuges.

Leitwerk Steuerelemente Wirkung Achsensystem
Höhenleitwerk Höhenflosse und Höhenruder Drehung um die Querachse Y-Achse
Seitenleitwerk Seitenflosse und Seitenruder Drehung um die Hochachse Z-Achse
Flächenleitwerk Querruder und Spoiler Drehung um die Längsachse X-Achse
Steuerwerk

Das Steuerwerk oder die Steuerung besteht beim Starrflügelflugzeug aus dem Steuerknüppel oder der Steuersäule mit Steuerhorn oder Handrad und den Seitensteuerpedalen, mit denen die Steuerbefehle gegeben werden. Für die Übertragung der Steuerkräfte bzw. -signale können Gestänge, Seilzüge oder eine Steuerhydraulik, elektrische Signale (Fly-by-Wire) oder auch durch Lichtsignale (Fly-By-Light) eingesetzt werden. Die Steuersäule wird bei einigen modernen Flugzeugen durch den Sidestick ersetzt.

Beim Hubschrauber gilt Entsprechendes, dieser besitzt zudem noch einen Blattverstellhebel für die kollektive Rotorblattverstellung und einen Steuerknüppel für die zyklische Rotorblattverstellung. Der Heckrotor wird kollektiv über die Pedale gesteuert.

Rumpfwerk

Der Rumpf eines Flugzeuges ist das zentrale Konstruktionselement der meisten Flugzeuge. An den Rumpf wird das Flugwerk angebracht, und beherbergt neben den Piloten auch einen Großteil der Betriebsausrüstung. Bei einem Passagierflugzeug nimmt der Rumpf die Passagiere auf. Oft ist auch das Fahrwerk ganz oder teilweise am Rumpf. Die Triebwerke können in den Rumpf integriert werden. Bei Flugbooten ist der untere Teil des Rumpfes in einer Bootsform für die Wasserung ausgeführt.

Man unterscheidet verschiedene Rumpfformen. Heute sind runde Rumpfquerschnitte die Regel, wenn die Maschine eine Druckkabine besitzt. Frachtmaschinen besitzen oft einen rechteckigen Rumpfquerschnitt, um das Beladevolumen zu optimieren. Die meisten Flugzeuge besitzen einen Rumpf, es gibt jedoch auch Maschinen mit zwei nebeneinander liegenden Rümpfen, einem Doppelrumpf, oder ohne sichtbaren Rumpf, eine Art des Nurflügelflugzeuges.

Fahrwerk

Das Fahrwerk ermöglicht einem Flugzeug sich am Boden zu Bewegen, die erforderliche Abhebegeschwindigkeit zu erreichen, die Landestöße zu absorbieren und Stöße z. B. durch Bodenwellen zu dämpfen. Fahrwerke werden in ein starres und halbstarres Fahrwerk, das auch während des Fluges unverändert seine Position beibehält wobei das halbstarre Fahrwerk Teilweise eingezogen wird (z. B. nur das Bugfahrwerk), und einem Einziehfahrwerk, das vor und nach dem Start oder der Landung eingezogen und gegebenenfalls durch Fahrwerksklappen abgedeckt werden kann, eingeteilt. Einziehfahrwerke sind bei Flugzeugen mit hoher Endgeschwindigkeit unerlässlich. Als Fahrwerksform kommt das Bugradfahrwerk zum Einsatz, bei dem ein kleines Rad unter dem Flugzeugvorderteil angebracht und das Hauptfahrwerk hinter dem Flugzeugschwerpunkt liegt. Dies ermöglicht während des Rollens am Boden gute Sicht für den Piloten. Das Heckfahrwerk oder auch Spornfahrwerk mit einem kleinen Rad im Heck oder einem Schleifsporn seltener zum Einsatz. Eine Besonderheit ist das Tandemfahrwerk, bei dem die Hauptlast tragenden Fahrwerksteile vorne und hinten am Rumpf gleich groß sind und das Flugzeug durch Stützräder am Tragwerk stabilisiert wird.

Das Triebwerk

Turbofan-Triebwerk einer Boeing 747

Das Triebwerk eines Flugzeuges umfasst einen oder mehrere Motoren (i.a. gleicher Bauart) mit Zubehör. Die häufigsten Bauweisen sind: Kolbenmotor oder Gasturbine (Turboprop) mit Propeller, Strahltriebwerke wie der Turbofan, seltener Staustrahltriebwerk und Raketentriebwerk.

Zum Zubehör gehören das Kraftstoffsystem und -leitungen, ggf. eine Schmieranlage, die Motorkühlung, Triebwerksträger und Triebwerksverkleidung.

Außerhalb der Kampffliegerei sind die Strahltriebwerke aus Wartungsgründen mittlerweile nicht mehr in den Flügel oder Rumpf integriert, eine Ausnahme bildet die Nimrod MRA4.

Als Treibstoff wird meist Kerosin, AvGas oder MoGas verwendet.

Die Betriebsausrüstung

Betriebsausrüstung: Pilotenkanzel einer Dornier Do 228

Die Betriebsausrüstung eines Flugzeuges umfasst alle bordseitigen Komponenten eines Flugzeuges, die nicht zu Flugwerk und Triebwerk gehören und die zur sicheren Durchführung eines Fluges erforderlich sind. Sie besteht aus den Komponenten zur Überwachung von Fluglage, Flug- und Triebwerkszustand, zur Navigation, zur Kommunikation, aus Versorgungssystemen, Warnsystemen, Sicherheitsausrüstung und gegebenenfalls Sonderausrüstung. Der elektronische Teil der Betriebsausrüstung wird auch Avionik genannt.

Viele Fachautoren zählen inzwischen das Steuerwerk oder die Steuerung nicht mehr zum Flugwerk, sondern zur Betriebsausrüstung, da bei modernen Flugzeugen die Steuerung von den Sensoren der Betriebsausrüstung und von Bordrechnern wesentlich beeinflusst wird.

Lebensdauer

Verkehrsflugzeuge sind so konzipiert, dass sie bei regelmäßiger Wartung 50.000 Flüge absolvieren können, entsprechend 5–10 Starts pro Tag innerhalb von 10–20 Jahren. Der sogenannte D-Check erfolgt nach acht Jahren oder 30.000 Flugstunden. Dabei wird das gesamte Flugzeug generalüberholt. Die Wartungsintervalle der Turbinen liegen bei 20.000 Flugstunden. Auf dem Rollfeld legt eine Verkehrsmaschine im Mittel 5 km zurück. Daraus ergibt sich innerhalb der Lebensdauer eine Kilometerleistung am Boden von mehr als 250.000 km.

Militärflugzeuge werden ebenfalls für eine Einsatzzeit von ca. 15 Jahren konzipiert, jedoch nur für 5000–8000 Flugstunden.

Grundlagen: Auftrieb und Vortrieb

Auftrieb

Der Auftrieb wird beim Starrflügelflugzeug – und wenn man die Rotoren eines Drehflüglers als rotierende Tragflächen betrachtet, auch beim Drehflügler – einerseits durch die Form des Flügelprofils, andererseits durch den Winkel zwischen der anströmenden Luft und der Flügelebene (genauer: der Profilsehne), den sogenannten Anstellwinkel (engl. angle of attack), bestimmt. Durch Erhöhung des Anstellwinkels bei konstanter Fluggeschwindigkeit steigt der Auftrieb proportional, dies trifft bei der Besonderheit des Überschallfluges nicht zu.

Kräfte am Flugzeug

Im unbeschleunigten Horizontalflug ist die Auftriebskraft gleich der Gewichtskraft (Gleichgewicht), im Steigflug, Kurvenflug oder bei Abfangmanövern hingegen ist die Auftriebskraft größer als die Gewichtskraft. Auch der Rumpf kann einen gewissen Anteil des Auftriebs erzeugen. Bei den Lifting Body (Tragrumpf) genannten Flugzeugen ist der Rumpf aerodynamisch so geformt, dass er den Hauptanteil des Auftriebs übernimmt.

Zusammenhang zwischen Auftrieb, Vortrieb und Luftwiderstand

Um sich vorwärts zu bewegen, muss das Luftfahrzeug mittels des Antriebs Vortrieb erzeugen, um den Widerstand, der die freie Vorwärtsbewegung hemmt, zu überwinden. Der Luftwiderstand eines Luftfahrzeuges ist zum einen vom Formwiderstand, auch parasitärer Widerstand genannt, bedingt durch die Reibung der Luft am Körper des Luftfahrzeuges und zum anderen vom Auftrieb abhängig. Der vom Auftrieb Fa abhängige, „induzierte” Teil des Luftwiderstands wird induzierter Widerstand genannt. Während sich die parasitäre Widerstandsleistung mit zunehmender Fluggeschwindigkeit in 3. Potenz der Geschwindigkeit vergrößert, verringert sich die induzierte Widerstandsleistung umgekehrt proportional. Der resultierende Gesamtwiderstand führt während des Fluges zu einem Energieverlust, der durch Energiezufuhr (Treibstoff, Sonnen- oder Windenergie) ausgeglichen werden muss, um den Flug fortzusetzen. Ist die zugeführte Energie größer als der Gesamtwiderstand, wird das Luftfahrzeug beschleunigt. Diese Beschleunigung kann auch in Höhengewinn umgesetzt werden (Energieerhaltungssatz).

Maßgeblich für die aerodynamische Qualität eines Luftfahrzeugs ist sowohl ein günstiger Widerstandsbeiwert (cw-Wert) wie beim Kraftfahrzeug, wie auch das Verhältnis vom Widerstandsbeiwert cw zum Auftriebsbeiwert ca, die Gleitzahl E.

Den Zusammenhang zwischen dem Widerstandsbeiwert und dem Auftriebsbeiwert eines bestimmten Flügelprofils und damit dessen aerodynamische Charakteristik nennt man die Profilpolare, dargestellt im Polardiagramm nach Otto Lilienthal.

Daraus ergibt sich die Auftriebsformel

F_a = c_a \cdot q \cdot A

sowie die Widerstandsformel

F_w = c_w \cdot q \cdot A,

wobei ca und cw für die Beiwerte von Auftrieb und Widerstand, q für Staudruck (abhängig von Geschwindigkeit und Luftdichte) und A für die Bezugsfläche steht.

Fluggeschwindigkeit und Flugenveloppe

Man kann zwischen folgenden Ausdrücken für Geschwindigkeiten unterscheiden:

  • Angezeigte Geschwindigkeit (engl. indicated air speed, IAS)
  • Kalibrierte Geschwindigkeit (engl. calibrated air speed, CAS), ist die um den Instrumentenfehler korrigierte IAS.
  • Wahre Geschwindigkeit (engl. true air speed, TAS), ist die um die Luftdichte in größerer Flughöhe korrigierte CAS.
  • Geschwindigkeit über Grund (engl. ground speed, GS), ist die um den Wind korrigierte TAS.
  • Equivalenzgeschwindigkeit (engl. equivalent air speed, EAS), ist die um die Kompressibilität korrigierte TAS
  • Mach-Zahl (engl. mach number, MN), ist eine EAS, ausgedrückt durch ein Vielfaches der Schallgeschwindigkeit.

Der Flugzeugführer bekommt über seinen Fahrtmesser die Geschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft angezeigt. Diese wird aus statischem und dynamischem Druck am Staurohr des Fahrtmessers ermittelt. Diese angezeigte Geschwindigkeit (indicated air speed, abgekürzt IAS) ist von der Luftdichte und somit der Flughöhe abhängig. Die IAS ist maßgeblich für den Auftrieb und hat daher die größte Bedeutung für die Piloten. In modernen Cockpits wird die IAS rechnerisch um den Instrumentenfehler korrigiert und als CAS angezeigt.

Der mögliche Geschwindigkeitsbereich eines Flugzeugs in Abhängigkeit von der Flughöhe wird durch die Flugenveloppe dargestellt. Die untere Grenze wird dabei von der Überziehgeschwindigkeit, die obere Grenze vom Erreichen der Festigkeitsgrenzen dargestellt. Bei Flugzeugen, die bedingt durch die hohe Leistung ihres Antriebs den Bereich der Schallgeschwindigkeit erreichen können, die aber nicht für Überschallflüge konstruiert sind, liegt sie in einem gewissen Abstand unterhalb der Schallgeschwindigkeit.

Wie schnell ein Flugzeug bezogen auf die Schallgeschwindigkeit fliegt, wird durch die Mach-Zahl dargestellt. Benannt nach dem österreichischen Physiker und Philosophen Ernst Mach, wird die Mach-Zahl 1 der Schallgeschwindigkeit gleichgesetzt. Moderne Verkehrsflugzeuge mit Strahltriebwerk sind i.a. optimiert für Geschwindigkeiten (IAS) von Mach 0,74 bis 0,90.

Damit die Tragfläche ausreichend Auftrieb erzeugt, wird mindestens die Minimalgeschwindigkeit benötigt. Sie wird auch als Überziehgeschwindigkeit bezeichnet, weil bei ihrem Unterschreiten ein Strömungsabriss (engl. stall) erfolgt und der Widerstand stark ansteigt, während der Auftrieb zusammenbricht. Die Überziehgeschwindigkeit verringert sich, wenn Hochauftriebshilfen (wie Landeklappen) ausgefahren sind.

Beim Drehflügler ist die Fluggeschwindigkeit durch die Aerodynamik der Rotorblätter begrenzt: Einerseits können die Blattspitzen den Überschallbereich erreichen, andererseits kann es beim Rücklauf zum Strömungsabriss kommen.

Die bezogen auf die Masse des Drehflüglers zu installierende Antriebsleistung steigt außerdem überproportional zur möglichen Maximalgeschwindigkeit.

Flugzeuge starten und landen vorteilhafterweise gegen den Wind. Dadurch wird die zum Auftrieb beitragende angezeigte Geschwindigkeit größer als die Geschwindigkeit über Grund, mit der Folge, dass wesentlich kürzere Start- und Landestrecken gebraucht werden als bei Rückenwind.

Arten des Vortriebs

Zur Erzeugung des Vortriebs gibt es verschiedene Möglichkeiten, je nachdem, ob und welche Mittel mit welchem Krafterzeugungs- und -übertragungsprinzip eingesetzt werden sollen:

ohne Eigenantrieb

Bei Segelflugzeugen, Hängegleitern und Gleitschirmen ist der Vortrieb auch ohne Eigenantrieb gewährleistet, da vorhandene Höhe verlustarm in Geschwindigkeit umgewandelt werden kann. Der Höhengewinn selbst erfolgt durch Windenschlepp, Schleppflugzeuge oder Aufwinde (z. B. Thermik oder Hang- und Wellenaufwinde).

Propeller in Verbindung mit Muskelkraft

Eine extreme Form des Propellerantriebs stellen sog. Muskelkraftflugzeuge (HPA) dar: Ein Muskelkraftflugzeug wird nur mit Hilfe der Muskelkraft des Piloten angetrieben, unter Ausnutzung der Gleiteigenschaften der Flugzeugkonstruktion, die verständlicherweise extrem leicht sein muss.

Propeller in Verbindung mit einem Elektromotor

Ein Propeller kann auch durch einen Elektromotor angetrieben werden. Diese Antriebsart wird vor allem bei Solarflugzeugen und bei Modellflugzeugen verwendet.

Propeller in Verbindung mit Kolbenmotoren

Propeller in Verbindung mit Kolbenmotoren waren bis zur Entwicklung der Gasturbine die übliche Antriebsart. Als praktische Leistungsgrenze für Flugmotoren dieser Art wurden 4.000 PS (2.940 kW) angesehen, als erreichbare Geschwindigkeit 750 km/h. Heute ist diese Antriebsart für Sportflugzeuge und kleinere ein- bis zweimotorige Flugzeuge üblich. Auf Grund der besonderen Anforderungen an die Sicherheit der Motoren werden spezielle Flugmotoren verwendet.

Vortrieb beim Hubschrauber

Bei Hubschraubern sorgen der oder die Hauptrotoren durch die zyklische Rotorblattverstellung für den Vortrieb (siehe Taumelscheibe). Angetrieben werden Hubschrauber von Kolbenmotoren, meist aber, wegen des geringeren Leistungsgewichts, von Gasturbinen, deren Leistung über die Turbinenwelle abgenommen (Wellenleistungstriebwerk) und über einen Getriebe auf Haupt- und ggf. Heckrotor übertragen wird. Selten wurde ein Blattspitzenantrieb eingesetzt, bei dem komprimierte Luft am Ende des Rotorblatts ausströmt. Bei Modellhubschraubern kommen auch Elektromotoren zum Einsatz.

Turboprop

Propellerturbinentriebwerke – kurz Turboprop – werden für Kurz- und Regionalverkehrsflugzeuge, militärische Transportflugzeuge, Seeüberwachungsflugzeuge und ein- oder zweimotorige Geschäftsreiseflugzeuge im Unterschallbereich verwendet. Weiterentwicklungen für die zukünftige Verwendung in Verkehrsflugzeugen und militärischen Transportflugzeugen sind „Unducted Propfan”, auch „Unducted Fan” (UDF) genannt und „Shrouded Propfan” (z. B. MTU CRISP).

Turbostrahltriebwerk

Turbostrahltriebwerke werden für moderne schnelle Flugzeuge bis nahe dem Transschallgeschwindigkeitsbereich (transsonischer Geschwindigkeitsbereich) oder auch für Geschwindigkeiten im Transschall- und Überschallbereich eingesetzt. Für Flüge im Bereich der Überschallgeschwindigkeit besitzen Turbostrahltriebwerke zur Leistungserhöhung oft eine Nachverbrennung.

Staustrahltriebwerk

Staustrahltriebwerke wurden historisch in Form des Verpuffungsstrahltriebwerks als Vorgänger der Raketentriebwerke für Marschflugkörper verwendet, heute als ventillose Staustrahltriebwerke für Hyperschallgeschwindigkeiten. Kombinationen aus Turbostrahltriebwerk mit Nachverbrennung und Staustrahltriebwerk werden Turbostaustrahltriebwerk oder Turboramjet genannt.

Raketentriebwerke

Raketentriebwerke werden bisher nur bei Experimentalflugzeugen verwendet.

Booster

Um den Vortrieb und besonders den Auftrieb beim Start von STOL-Flugzeugen zu erhöhen, wurden zeitweise auch Booster in Form von Strahltriebwerken (Beispiel: Varianten der Fairchild C-123) oder gar Dampfraketen eingesetzt.

Flugsteuerung

Die Flugsteuerung (engl. flight control) umfasst das gesamte System zur Steuerung von Flugzeugen um alle drei Raumachsen. Dazu gehört neben den Steuerflächen und den Steuerelementen in der Pilotenkanzel auch die Übertragung der Steuereingaben.

Achsen

Achsen eines Flugzeugs

Zur Beschreibung der Steuerung werden Achsen benannt: Querachse (engl. pitch), Längsachse (engl. roll), und Hochachse (engl. yaw). Jeder Achse ist bei einem 3-Achs-gesteuerten Starrflügelflugzeug eine oder mehrere Steuerflächen zugeordnet. Eine 2-Achs-Steuerung verzichtet z. B. auf Querruder oder Seitenruder, die fehlende Komponente wird durch die Eigenstabilität ersetzt. Siehe auch: Roll-Pitch-Yaw-Winkel

Steuerflächen und Steuerdüsen

Die Steuerung kann beim Starrflügelflugzeug durch verschiedene Komponenten erfolgen: Ruder und Klappen, Strahlklappen genannte Schlitzdüsen, durch das Verstellen von Schubvektoren (Strahltriebwerke, bei denen der Abgasstrahl in verschiedene Richtungen bewegt werden kann), durch Verwindung der Tragflügel und Leitwerke oder auch durch Gewichtsverlagerung. Beim Hubschrauber wird mit Hilfe der Rotorblattverstellung und der Steuerung eines eventuell vorhandenen Heckrotors oder Fenestrons oder einer Düse am Heckausleger gesteuert. Bei allen anderen Flugzeugen können alle vorgenannten Steuerungsmöglichkeiten zum Einsatz kommen. Beim Senkrechtstarter kommen als weitere Steuerungsmöglichkeiten insbesondere im Schwebe- und Transitionsflug das Kippen bzw. Schwenken von Rotoren oder Strahltriebwerken hinzu.

Ruder als Steuerflächen

Die Steuerung von Starrflügelflugzeugen sei am Beispiel der Steuerung über Ruder dargestellt:

  • Die Querruder am hinteren Ende der Tragflächen steuern − immer zugleich und entgegengesetzt − die Querlage des Flugzeugs, also die Drehung um die Längsachse, das Rollen.
  • Die Höhenruder am hinteren Ende des Flugzeugs regulieren die Längsneigung, auch Nicken oder Kippen genannt, indem der Anstellwinkel verändert wird.
  • Das Seitenruder − beim konventionellen Starrflügelflugzeug am hinteren Ende des Flugzeugs − dient der Seitensteuerung, auch Wenden oder Gieren genannt.
  • Trimmruder am Höhenruder dienen der Höhentrimmung. Größere Flugzeuge haben auch Trimmruder für Quer- und Seitenruder.
  • Spoiler dienen der Begrenzung der Geschwindigkeit im Sinkflug und der Verminderung des Auftriebs.

Das Flugzeug kann simultan um eine oder mehrere dieser Achsen drehen.

Das Höhenruder ist in der Regel hinten am Flugzeugrumpf angebracht, ebenso das Seitenruder, diese Kombination wird als Heckleitwerk bezeichnet. Abweichend davon kann die Höhensteuerung auch vorne platziert sein (Canard).

Höhen- und Seitenruder können auch kombiniert werden wie beim V-Leitwerk.

Die Funktion der Querruder kann durch gegenläufigen Ausschlag der Höhenruder ersetzt werden.

Alle Arten von Trimmrudern dienen der Stabilisierung der Flugzeuglage und erleichtern dem Piloten die Flugsteuerung. Bei modernen Flugzeugen übernimmt der Autopilot die Kontrolle der Trimmruder.

Die Hochauftriebshilfen werden beim Starten, im Steigflug und zum Landeanflug benutzt. An der Hinterkante der Flügel befinden sich die Hinterkantenauftriebshilfen oder Endklappen (flaps), die im Gegensatz zu den Rudern immer synchron an beiden Tragflügeln verwendet werden. Größere Flugzeuge und STOL-Flugzeuge haben meist auch noch Nasenauftriebshilfen in Form von Vorflügeln (Slats), Krügerklappen oder Nasenklappen (Kippnasen), die analog zu den an der hinteren Tragflächenkante gelegenen Landeklappen an der vorderen Tragflächenkante ausfahren. Durch die Klappen kann die Wölbung des Tragflügelprofils so verändert werden, dass die Abrissgeschwindigkeit gesenkt wird und auch beim langsamen Landeanflug oder im Steigflug der Auftrieb erhalten bleibt.

Für die Begrenzung der Geschwindigkeit im Sinkflug werden auf den Tragflächen angebrachte sogenannten Brems-/Störklappen, „Spoiler” genannt, verwendet. Im ausgefahrenen Zustand vermindern sie den Auftrieb an den Tragflächen (Strömungsablösung). Durch den verringerten Auftrieb ist ein steilerer Landeanflug möglich. Spoiler werden auch zur Unterstützung der – in bestimmten Flugbereichen auch als Ersatz für – Querruder verwendet. Nach der Landung werden die Spoiler voll ausgefahren, so dass kein (positiver) Auftrieb mehr wirken kann. Dies geschieht meist durch einen Automatismus, der unter anderem durch das Einfedern des Hauptfahrwerks bei der Landung eingeleitet wird.

Es gibt auch Steuerflächen mit mehrfachen Funktionen:

  • Flaperons: arbeiten sowohl als Klappen als auch als Querruder
  • Spoilerons: arbeiten sowohl als Spoiler als auch als Querruder
  • Elevons: arbeiten sowohl als Höhenruder als auch als Querruder, insbesondere beim Nurflügel-Flugzeug

Neben der konventionellen Anordnung der Steuerflächen existieren, wie vorher angedeutet, auch Sonderformen:

  • Das Canard („Entenflugzeug“) hat das Höhenruder vorne, beispielsweise Gyroflug SC01 Speed-Canard
  • Der Nurflügel hat kein separates Höhenruder, beispielsweise der Northrop B-2 Bomber
  • Die Box-wing Tragfläche verwendet ein kombiniertes Höhen-/Querruder, Seitenruder existieren in Form von Störklappen an den äußeren Flächenenden.

Steuerelemente

Steuerelemente sind diejenigen Hebel und Pedale, die in der Pilotenkanzel vom Piloten betätigt werden können und zur Steuerung des Flugzeugs dienen.

Steuerknüppel, Steuerhorn oder Sidestick

Steuerknüppel, Steuerhorn oder Sidestick dienen zur Steuerung der Querlage und der Längsneigung und steuern das Querruder und das Höhenruder.

Der Steuerknüppel eines Flugzeugs dient zum gleichzeitigen Steuern von Querneigung und Längsneigung. Er befindet sich vor dem Unterbauch des Piloten und wird normalerweise mit einer Hand gehalten.

Das Steuerhorn ist eine andere Einheit zur Steuerung von Flugzeugen um die Längs- und Querachse. Angeordnet ist es im Cockpit zentral vor dem Piloten und verfügt über Haltegriffe für beide Hände. Dabei werden die Kräfte, die während des Fluges auf das Flugzeug wirken, in Form von Widerstand und Ausschlag auf die Steuereinheit übertragen.

Ein Sidestick ist ein Steuerknüppel, der nicht zentral vor dem Piloten, sondern seitlich angeordnet ist und nur mit einer Hand bedient wird.

Seitenruderpedale

Die Pedale zur Seitensteuerung betätigen das Seitenruder und in der Regel am Boden auch die Bremsen. Bei Segelflugzeugen wird die Radbremse (wenn vorhanden) meist durch Ziehen des Bremsklappenhebels betätigt.

Trimmung

Zur dauerhaften Trimmung dienen

  • ein Trimmrad oder ein Trimmhebel zum Ausgleich von Kopf- oder Schwanzlastigkeit (Höhentrimmung),
  • eine Trimmeinheit zum Ausgleich seitlicher Kräfteunterschiede, z. B. bei mehrmotorigen Flugzeugen zur Kompensation eines Motorausfalls (Seitentrimmung).

Signalübertragung

Die Übertragung der Steuersignale kann erfolgen

Instrumente zum Erkennen der Lage im Raum

Seine Lage im Raum erkennt der Flugzeugführer entweder durch Beobachtung der Einzelheiten des überflogenen Gebiets und des Horizonts oder durch Anzeigeinstrumente (Flugnavigation). Bei schlechter Sicht dient der künstliche Horizont der Anzeige der Fluglage in Bezug auf die Nickachse, also den Anstellwinkel des Flugzeugrumpfes und bezüglich der Rollachse, der sogenannten Querlage (Banklage). Die Himmelrichtung, in die das Flugzeug fliegt, zeigt der magnetische Kompass und der Kreiselkompass, auch Kurskreisel (nach der englischen Bezeichnung „directional gyro”) genannt. Magnetischer Kompass und Kurskreisel ergänzen sich gegenseitig, da der Magnetkompass bei Sink-, Steig- und Kurvenflügen zu Dreh- und Beschleunigungsfehlern neigt, der Kurskreisel jedoch nicht. Der Kurskreisel hat jedoch keine eigene „nordsuchende” Eigenschaft und muss mindestens vor dem Start (in der Praxis auch in regelmäßigen Abständen beim Geradeausflug) mit dem Magnetkompass kalibriert werden. Der Wendezeiger dient zur Anzeige der Drehrichtung und zur Messung der Drehgeschwindigkeit des Flugzeugs um die Hochachse (engl. rate of turn). Er enthält meistens eine Kugellibelle, die anzeigt, wie koordiniert eine Kurve geflogen wird.

Für die Höhensteuerung sind mindestens zwei Instrumente wichtig: Die absolute Höhe in Bezug auf die Meereshöhe wird über den barometrischen Höhenmesser dargestellt, die relative Änderung der Höhe, die sogenannte Steigrate bzw. Sinkrate, ausgedrückt als Höhenunterschied pro Zeiteinheit, bekommt der Flugzeugführer über das Variometer signalisiert. Zusätzlich wird bei größeren Flugzeugen im Landeanflug die absolute Höhe über Grund über den Radarhöhenmesser angezeigt.

Weitere Klassifizierungen

Neben der nahe liegenden Klassifizierung nach der Bauweise oder der Antriebsart haben sich weitere Klassifizierungen etabliert.

Zivile oder militärische Nutzung

Zivilflugzeuge dienen der zivilen Luftfahrt, dazu gehört die allgemeine Luftfahrt und der Linien- und Charterverkehr durch die Fluggesellschaften (Airlines).

Militär-Flugzeuge sind Flugzeuge, die der militärischen Nutzung unterliegen. Ganz sauber ist die Grenze jedoch nicht immer zu ziehen. Viele Flugzeuge erfahren sowohl militärische als auch zivile Verwendung.

Klassifizierung nach Verwendungszweck

Zivilflugzeuge werden hauptsächlich nach folgendem Schema klassifiziert:

Die ersten Flugzeuge waren Experimentalflugzeuge. Experimentalflugzeuge, auch Versuchflugzeuge genannt, dienen dem Erforschen von Techniken oder dem Testen von Forschungserkenntnissen im Bereich der Luftfahrt.

Sehr früh in der Geschichte des Flugzeugs entstanden auch die Sportflugzeuge. Ein Sportflugzeug ist ein Leichtflugzeug zur Ausübung einer sportlichen Tätigkeit, entweder zur Erholung oder bei einem sportlichen Wettkampf.

Noch vor dem Ersten Weltkrieg kam es zur Erprobung und zum Bau des Passagierflugzeugs. Passagierflugzeuge dienen dem zivilen Personentransport und werden auch als Verkehrsflugzeug bezeichnet. Heute werden kleinere Passagierflugzeuge auch als Geschäftsreiseflugzeuge bezeichnet.

Ein Frachtflugzeug ist ein Flugzeug zum Transport von (kommerzieller) Fracht. Flugzeugsitze sind daher nur für die Mannschaft eingebaut, meist enthalten sie heute ein Transportsystem für Paletten und Flugzeugcontainer.

Eine Unterkategorie des Frachtflugzeugs ist das Postflugzeug. Frühe Postflugzeuge konnten auch dem Transport einzelner Personen dienen.

Für den Bereich der Land- und Forstwirtschaft werden spezielle Flugzeuge verwendet, die Dünger, bodenverbessernde Stoffe und Pflanzenschutzmittel in Behältern mitführen können und über Sprühdüsen, Streuteller oder ähnliche Einrichtungen verbreiten können. Sie werden allgemein als Agrarflugzeuge bezeichnet.

Feuerlöschflugzeuge, auch „Wasserbomber” genannt, sind Flugzeuge, die Wasser und Löschadditive in ein- oder angebauten Tanks mitführen und über Schadfeuern abwerfen können.

Es gibt unter dem Begriff Rettungsflugzeug (amtlich „Luftrettungsmittel” genannt) verschiedene unterschiedliche Kategorien wie Rettungshubschrauber, Intensivtransporthubschrauber, Notarzteinsatzhubschrauber oder Flugzeuge zur Rückholung von Patienten aus dem Ausland. Unter den Überbegriff Search and Rescue (SAR) fallen Flugzeuge, die zum Suchen und Retten von Unfallopfern verwendet werden.

Es gibt zahlreiche Sonderbauformen wie z. B. Forschungsflugzeuge mit spezieller Ausrüstung (spezielles Radar, Fotokameras, sonstige Sensoren).

Militärflugzeuge werden nach folgenden Verwendungszwecken unterschieden:

Ein Jagdflugzeug ist ein in erster Linie zur Bekämpfung anderer Flugzeuge eingesetztes Militärflugzeug. Heute spricht man eher vom Kampfflugzeug, da die Flugzeuge dieser Kategorie keiner eindeutigen Aufgabe zugeordnet werden können. Sie werden für den Luftkampf, die militärische Aufklärung, die taktische Bodenbekämpfung und/oder andere Aufgaben genutzt.

Ein Bomber ist ein militärisches Flugzeug, das dazu dient, Bodenziele mit Fliegerbomben, Luft-Boden-Raketen und Marschflugkörpern anzugreifen.

Ein Verbindungsflugzeug ist ein kleines Militärflugzeug, mit dem in der Regel Kommandeure transportiert werden. Es kann außerdem der Gefechtsfeldaufklärung dienen (heute nur noch bei Truppenübungen), als kleineres Ambulanzflugzeug dienen oder für Botendienste eingesetzt werden. Heute werden als Verbindungsflugzeug meistens leichte Hubschrauber eingesetzt.

Luftbetankung bezeichnet die Übergabe von Treibstoff von einem Flugzeug zu einem anderen während des Fluges. Üblicherweise ist das Flugzeug, das den Treibstoff zur Verfügung stellt, ein speziell für diese Aufgabe entwickeltes Tankflugzeug.

Ein Aufklärungsflugzeug ist ein Militärflugzeug, das für die Aufgabe konstruiert, umgebaut oder ausgerüstet ist, Informationen für die militärische Aufklärung zu beschaffen. Manchmal werden Aufklärungsflugzeuge auch als Spionageflugzeuge bezeichnet.

Ein Erdkampfflugzeug ist ein militärischer Flugzeugtyp, der besonders für die Bekämpfung von Bodenzielen vorgesehen ist. Dieser Typus stellt eine eigene Flugzeugart dar, die ganz spezifische taktische Aufgaben erfüllen soll. Da die Angriffe in niedrigen bis mittleren Flughöhen stattfinden und mit starkem Abwehrfeuer zu rechnen ist, werden besondere Schutzmaßnahmen ergriffen, wie Panzerung der Kabine und Triebwerke gegen Bodenfeuer. Transportflugzeuge, die mit seitlich ausgerichteten Maschinenwaffen oder gar Rohrartillerie ausgerüstet sind, nennen sich Gunship. Drehflügelflugzeuge als Erdkampfflugzeuge werden als „Kampfhubschrauber” bezeichnet.

Ein Trainer ist ein Flugzeug, das zur Ausbildung von Piloten benutzt wird.

Transportflugzeuge sind besondere Frachtflugzeuge, die für den militärischen Lastentransport entwickelt werden. Sie müssen robust, zuverlässig, variabel für den Personen-, Material- oder Frachttransport geeignet sowie schnell ein- und ausladbar sein. Transportiert werden können, auch in Kombination, zum Beispiel Hilfsgüter, Fallschirmspringer, Fahrzeuge, Panzer, Truppen oder Ausrüstung.

Die Klassifikation ist in der Praxis nicht immer streng zwischen zivil und militärisch zu trennen, denn manche Zweckbestimmung kann unabhängig vom Einsatz gegeben sein. Beispielsweise können Fracht- bzw. Transportflugzeuge je nach Fracht, Sanitätsflugzeuge je nach Arzt/Patient und Trainer je nach Lehrer/Schüler sowohl im Zivil- als auch im Militärbereich vorkommen.

Klassifizierung nach Struktur des Flugzeugs

Flugzeuge, die starre Tragflügel besitzen, werden häufig auch nach der Anzahl und Lage der Tragflügel zum Rumpf kategorisiert.

Ein Eindecker ist ein Flugzeug mit einer einzigen Tragfläche bzw. einem Paar Tragflügeln. Eindecker werden wiederum unterteilt in

  • Tiefdecker, bei denen die Unterseite der Tragfläche mit der Unterseite des Rumpfes abschließt;
  • Mitteldecker, bei denen die Tragfläche in der Mitte der Rumpfseiten angeordnet ist;
  • Schulterdecker, bei denen die Tragflächen auf oder in der Oberseite des Rumpfes angeordnet sind;
  • Hochdecker, bei denen die Tragfläche über der Oberseite des Rumpfes verstrebt angeordnet sind.

Doppeldecker ist die Bezeichnung für ein Flugzeug, das zwei vertikal gestaffelt angeordnete Tragflächen besitzt. Eine Sonderform des Doppeldeckers ist der „Anderthalbdecker”. Um die Zeit des Ersten Weltkriegs gab es auch Dreidecker.

Doppelrumpfflugzeuge besitzen zwei Rümpfe, sie sind gewissermaßen die Katamarane unter den Flugzeugen. Die Cockpitkanzel ist in der Regel an der Tragfläche zwischen den Rümpfen angebracht. Die zwei Rümpfe werden in diesem Fall auch als Doppelleitwerksträger bezeichnet. In selteneren Fällen besitzt jeder der zwei Rümpfe ein Cockpit.

Asymmetrische Flugzeuge sind ein sehr seltener Flugzeugtyp, das bekannteste Exemplar ist die Blohm & Voss BV 141 von 1938. Hier ist die Flugzeugkanzel auf der Tragfläche, während der Propeller und Motor den Rumpf alleine besetzen. Die Tragflächen sind asymmetrisch ausgebildet.

Als Canard oder Entenflugzeug wird ein Flugzeug bezeichnet, bei dem das Höhenleitwerk nicht konventionell am hinteren Ende des Flugzeugs montiert ist, sondern vor der Tragfläche an der Flugzeugnase; das Flugbild erinnert an eine fliegende Ente.

Ein Nurflügel ist ein Flugzeug ohne ein separates Höhenruder, bei dem es keine Differenzierung zwischen Tragflächen und Rumpf gibt. Sonderformen der Nurflügelflugzeuge sind Deltaflugzeuge sowie Hängegleiter. Bildet der Rumpf selbst den Auftriebskörper und hat dieser nicht mehr die typischen Dimensionen eines Tragflügels, wird er als „Lifting Body” bezeichnet.

Ein Wasserflugzeug ist ein Flugzeug, das für Start und Landung auf Wasserflächen konstruiert ist. Es hat meist unter jeder der beiden Tragflächen einen leichten, bootartigen Schwimmer. Bei Flugbooten ist der gesamte Rumpf schwimmfähig. Wasserflugzeuge und Flugboote können nur vom Wasser aus starten oder im Wasser landen. Sind diese Flugzeuge mit (meist einziehbaren) Fahrwerken versehen, mit denen sie auch vom Land aus starten und auf dem Land landen können, werden sie Amphibienflugzeuge genannt.

Klassifizierung nach Start- und Landeeigenschaften

Starrflügelflugzeuge und einige Typen der Drehflüglern benötigen eine mehr oder weniger präparierte Start- und Landebahn einer gewissen Länge. Die Ansprüche reichen von einem ebenen Rasen ohne Hindernisse bis zur geteerten oder betonierten Piste. Historisch wurde die geteerte Piste nach dem damals verwendeten Verfahren „Tarmac” genannt.

Flugzeuge, die mit besonders kurzen Start- und Landebahnen auskommen, werden als Kurzstartflugzeug oder STOL-Flugzeuge typisiert.

Flugzeuge, die senkrecht starten und landen können, sind Senkrechtstarter oder VTOL-Flugzeuge. Sie benötigen gar keine Start- und Landebahn, sondern nur einen festen Untergrund ausreichender Größe, der ihr Gewicht tragen kann, und auf dem der Abwind (engl. downwash), der durch das VTOL-Flugzeug erzeugt wird, nicht allzu viel Schaden anrichtet, z. B. ein Helipad.

VTOL-Flugzeuge, die auf dem Boden senkrecht nach oben stehend starten und landen, sind Heckstarter.

Unbemannte Flugzeuge

Aufklärungsdrohne Luna der Bundeswehr

Im zivilen Bereich sind unbemannte Flugzeuge meistens als Modellflugzeug gebräuchlich und werden über Funkfernsteuerungen gesteuert, selten über Programmsteuerungen. Häufiger sind bei Modellhubschraubern die Kombination von Funkfernsteuerung und Programmsteuerung, in die beispielsweise eine Kreiselstabilisierung (Gyroskop) eingreift.

Als unbemannte Flugzeuge ziviler Nutzung im weiteren Sinne können auch Zugdrachen angesehen werden.

Unbemannte Flugzeuge im militärischen oder staatlichen Einsatz werden Drohnen genannt. Das Spektrum reicht hier von Modellflugzeugen zur Zieldarstellung für Flugabwehrkanonen über unbemannte Aufklärungsflugzeuge bis hin zu unbemannten bewaffneten Kampfflugzeugen (Kampfdrohnen). Im staatlichen Bereich werden Drohnen von Polizei und Zoll zur Tätersuche und Verfolgung eingesetzt, häufig mit Video- und Wärmebildkameras, für die bisher bemannte Polizeihubschrauber eingesetzt werden. Die Steuerung erfolgt dabei ebenfalls über Funkfern- oder Programmsteuerung.

Während Drohnen in der Regel wiederverwendbar sind, werden unbemannte Flugzeuge mit fest eingebauten Sprengköpfen als Marschflugkörper bezeichnet.

Geschichte

Hauptartikel: Geschichte der Luftfahrt, Chronologie der Luftfahrt

Die Flugpioniere

1810 bis 1811 konstruiert Albrecht Ludwig Berblinger, der berühmte Schneider von Ulm, seinen ersten flugfähigen Gleiter, führt ihn jedoch der Öffentlichkeit über der Donau unter ungünstigen Verhältnissen (Abwind) vor und stürzt unter dem Spott der Leute in den Fluss. Dass sein Flugzeug flugfähig war, wurde 1986 nachgewiesen.

Der englische Gelehrte Sir George Cayley (1773 bis 1857) untersuchte und beschrieb als erster in grundlegender Weise die Probleme des aerodynamischen Flugs. Er löste sich vom Schwingenflug und veröffentlichte 1809 bis 1810 einen Vorschlag für ein Fluggerät „mit angestellter Fläche und einem Vortriebsmechanismus”. Er beschreibt damit als erster das Prinzip des modernen Starrflügelflugzeugs. Im Jahr 1849 baut er einen bemannten Dreidecker, der eine kurze Strecke fliegt.

1784 bauen die Franzosen Launoy und Biénvenue einen frühen flugfähigen Modellhubschrauber mit Doppelrotor. Sir George Cayley modifiziert das Modell 1796. Dies sind die ersten bekannten, zugegebenermaßen primitiven flugfähigen Modellhubschrauber mit gegenläufig koaxialen Rotoren. Sie wurden mit einem Drillbogen angetrieben, eine Steuerung war nicht vorgesehen. 1842 baut der Engländer W. H. Phillips den ersten flugfähigen Modellhubschrauber mit Blattspitzenantrieb. 1874 entwerfen Fritz und Wilhelm Achenbach den ersten einrotorigen Hubschrauber mit Heckrotor zum Drehmomentausgleich. Es gibt davon aber kein flugfähiges Modell.

Gleitermodelle, wie sie Otto Lilienthal flog
Otto Lilienthal und Clement Ader

Der Flugpionier Otto Lilienthal (1848–1896) führte erfolgreiche Gleitflüge nach dem Prinzip „schwerer als Luft” durch und unterschied sich von zahlreichen Vorläufern dadurch, dass er nicht einen einzigen Flug versuchte, sondern nach ausführlichen theoretischen und praktischen Vorarbeiten deutlich über 1.000-mal gesegelt ist. Die aerodynamische Formgebung seiner Tragflügel erprobte er auf seinem „Rundlaufapparat”, der von der Funktion her ein Vorgänger der modernen Windkanäle war.

Clement Ader hat mit seiner Eole den ersten (ungesteuerten) motorisierten Flug in der Geschichte ausgeführt. Bei der Eole handelte es sich um einen freitragenden Nurflügel-Eindecker, der von einer auf eine vierblättrige Luftschraube wirkenden 4-Zylinder-Dampfmaschine angetrieben wurde. Die Eole hob am 9. Oktober 1890 zu ihrem einzigen Flug ab, flog ca. 50 m weit, stürzte ab und wurde dabei zerstört.

Einen der ersten gesteuerten Motorflüge soll der deutsch-amerikanische Flugpionier Gustav Weißkopf im Jahr 1901 über eine Strecke von einer halben Meile zurückgelegt haben. Hierzu gab es außer Zeugenaussagen keinen fotografischen Beweis.

Am 18. August 1903 soll Karl Jatho in einem motorisierten Zweidecker eine Flugstrecke von ca. 18 Metern zurückgelegt haben, bei weiteren Versuchen sogar Flugstrecken von ca. 60 Metern. Das von Jatho verwendete Fluggerät war jedoch nicht lenkbar.

Wright Flyer
Gebrüder Wright

Die herausragende Leistung der Gebrüder Wright bestand darin, als erste ein Flugzeug gebaut zu haben, mit dem ein erfolgreicher, andauernder, gesteuerter Motorflug möglich war, und diesen Motorflug am 17. Dezember 1903 auch durchgeführt zu haben. Darüber hinaus haben sie ihre Flüge genauestens dokumentiert und innerhalb kurzer Zeit in weiteren Flügen die Tauglichkeit ihres Flugzeuges zweifelsfrei bewiesen. Von herausragender Bedeutung ist, dass Orville Wright bereits 1904 mit dem Wright Flyer einen gesteuerten Vollkreis fliegen konnte. Am Rand sei bemerkt, dass der Wright Flyer dem Typ nach ein „Canard” war, sich also die Höhensteuerung vor dem Haupttragwerk befand.

Samuel Pierpont Langley, ein Sekretär des Smithsonian-Instituts versuchte einige Wochen vor dem Wright-Flug, sein „Aerodrome” zum Fliegen zu bringen. Obwohl sein Versuch scheiterte, behauptete das Smithsonian-Institut einige Zeit, die Aerodrome wäre die erste „flugtaugliche Maschine”. Der Wright Flyer wurde dem Smithsonian Institut mit der Auflage gestiftet, dass das Institut keinen früheren motorisierten Flug anerkennen dürfe. Diese Auflage wurde von den Stiftern formuliert, um die frühere Darstellung des Instituts, Langley hätte mit der Aerodrome den ersten erfolgreichen Motorflug durchgeführt, zu unterbinden. Diese Auflage führte immer wieder zu der Vermutung, dass es vor den Wright Flyern erfolgreiche Versuche zum Motorflug gegeben habe, deren Anerkennung aber im Zusammenhang mit der Stiftungsauflage unterdrückt worden sei.

Die ersten Motorflugzeuge waren meistens Doppeldecker. Versuchsweise wurden auch mehr als drei Tragflächen übereinander angeordnet. Eine solche Mehrdeckerkonstruktion stammte von dem Engländer Horatio Frederick Phillips. Mit dem Fünfzigdecker „Horatio Phillips No. 2” gelang ihm im Sommer 1907 der erste Motorflug in England.

Erste Ärmelkanalüberquerung

Im Jahr 1909 setzte Europa weitere praktische Meilensteine in der Geschichte des Flugzeugs. Am 25. Juli 1909 überquerte Louis Blériot mit seinem Eindecker Blériot XI als erster mit einem Flugzeug den Ärmelkanal. Sein Flug von Calais nach Dover dauerte 37 Minuten bei einer durchschnittlichen Flughöhe von 100 Metern. Blériot konnte somit den von der englischen Zeitung Daily Mail für die erste Kanalüberquerung ausgelobten Geldpreis entgegen nehmen. Mit der Blériot XI wurde ihr Konstrukteur „Vater der modernen Eindecker”. Der Erfolg der Maschine machte ihn zum ersten kommerziellen Flugzeughersteller.

Vom 22. bis zum 29. August 1909 fand mit der „Grande Semaine d’Aviation de la Champagne” eine Flugschau bei Reims statt, die mehrere Rekorde bescherte: Henri Farman flog eine Strecke von 180 Kilometern in 3 Stunden. Blériot flog die höchste Fluggeschwindigkeit über die 10-Kilometer-Strecke mit 76,95 km/h. Hubert Latham erreichte auf einer „Antoinette” des Flugzeugkonstrukteurs Levasseur mit 155 m die größte Flughöhe.

1907 bauen Louis und Jaques Bréguet unter der Mitwirkung von Charles Richet den Quadrocopter „Bréguet-Richet Nr. 1”. Der Hubschrauber hebt mit einer Person ca. 1,5 m vom Boden ab. Die Flugeigenschaften sind allerdings so instabil, dass die Maschine von vier Mann an den Auslegern gesichert werden muss. Der erste Hubschrauberflug war also ein Fesselflug. Der erste Verbundhubschrauber war 1908 der „Bréguet-Richet Nr. 2”. Er erreichte eine Flughöhe von ca. 4,5 m und eine Flugstrecke von ca. 20 m. Zu wirklich brauchbaren Hubschrauberkonstruktionen kam es erst in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts, so 1933 der Gyroplane-Laboratoire. In der Zwischenzeit wurden Konstruktionsmerkmale entwickelt, die heute noch Bedeutung haben, wie Tandemrotor, koaxiale Rotoranordnung oder Heckrotor zum Ausgleich des Drehmoments.

1910 gelingt dem französischen Ingenieur Henri Fabre mit dem von ihm konstruierten Canard Hydravion der erste Flug mit einem Wasserflugzeug.

Monocoque

1912 erfindet Louis Béchereau die Monocoque-Bauweise für Flugzeuge. Die Rümpfe anderer Flugzeuge bestanden aus einem mit lackiertem Stoff überzogenen Gerüst. Das von Béchereau entworfene Deperdussin-Monocoque-Rennflugzeug besaß jedoch einen Stromlinienrumpf aus einer Holzschale ohne inneres Gerüst. Neu war auch die „DEP”-Steuerung, bei der auf dem Steuerknüppel für die Nickbewegung ein Steuerrad für die Rollbewegung saß, ein Prinzip, das heute noch vielfach Verwendung findet. Als Triebwerk besaß das Flugzeug einen speziellen Flugzeugmotor, den Gnôme-Umlaufmotor. Die Deperdussin Monocoques waren die schnellsten Flugzeuge ihrer Zeit.

Ein wesentlicher technischer Durchbruch gelingt kurz vor dem Ersten Weltkrieg dem russischen Konstrukteur und Piloten Igor Iwanowitsch Sikorski, der später eher als Hersteller von Flugbooten und Konstrukteur von Hubschraubern in den USA bekannt wird. 1913 bis 1914 beweist er mit den ersten von ihm konstruierten „Großflugzeugen”, dem zweimotorigen Grand Baltiski, dem viermotorigen Russki Witjas und dessen Nachfolger, dem viermotorigen Ilja Muromez, dass solche großen Flugzeuge sicher und stabil fliegen können, selbst wenn ein oder zwei Motoren abgestellt sind oder ausfallen.

Der Erste Weltkrieg

Während des Ersten Weltkrieges verlor der Traum vom Fliegen seine Unschuld. Zuerst wurden die Flugzeuge als Beobachtungsflugzeuge eingesetzt. Das Flugzeug wurde als Waffe verbessert, und die Grundlagen des Luftkrieges wurden entwickelt. Bordmaschinengewehre wurden mit dem Flugzeugantrieb mit Hilfe eines Unterbrechergetriebes synchronisiert, damit man mit der Waffe durch den eigenen Propellerkreis auf den Gegner schießen konnte. Damit waren brauchbare Jagdflugzeuge erfunden. Aus den Flugzeugen wurden Granaten, Flechettes und später erste spezielle Spreng- und Brandbomben, zunächst auf die feindlichen Linien und später auch auf feindliche Fabriken und Städte abgeworfen.

Während des Ersten Weltkrieges wurde eine Flugzeugindustrie aus dem Boden gestampft, die ersten Flugplätze entstanden, die Technik des Flugfunks wurde entwickelt, Flugzeugmotoren wurden immer leistungsfähiger.

1915 erprobte Hugo Junkers das erste Ganzmetallflugzeug der Welt, die Junkers J 1. Hugo Junkers baute 1919 auch das erste Ganzmetall-Verkehrsflugzeug der Welt, die Junkers F 13, deren Konstruktionsprinzipien richtungweisend für folgende Flugzeuggenerationen wurden.

Zwischenkriegszeit

Während des Ersten Weltkrieges war die Flugzeugproduktion stark angekurbelt worden. Nach diesem Krieg mussten die Flugzeughersteller ums Überleben kämpfen, da nicht mehr so viele Militärflugzeuge gebraucht wurden. Gerade in Europa gingen viele der ehemaligen Flugzeughersteller in Konkurs, wenn es ihnen nicht gelang, ihre Produktion auf zivile Güter umzustellen. In den USA waren Kampfflugzeuge geradezu zu Schleuderpreisen zu kaufen. Ehemalige Piloten von Kampfflugzeugen mussten sich eine neue Beschäftigung suchen.

Kommerzielle zivile Luftfahrt

Sowohl in den USA als auch in Europa entstanden viele neue zivile Dienste und Luftfahrtgesellschaften, wie z. B. die Luft Hansa 1926. Die bekanntesten Passagierflugzeuge dieser Zeit waren die Junkers F 13, die Junkers G 38, die Dornier-Wal, die Handley Page H.P.42 und die Junkers Ju 52/3m.

Langstreckenflüge
Curtiss NC-4

Die große Herausforderung nach dem Krieg waren Langstreckenflüge, vor allem die Überquerung des Atlantik. Diese Aufgabe kostete einige Menschenleben, bis eines von drei in Neufundland gestarteten Curtiss-Flugbooten der US-Navy, die Curtiss NC-4, nach 11 Tagen am 27. Mai 1919 in Lissabon landete.

Die Vickers Vimy von Alcock und Brown nach der Bruchlandung in Clifden

In der Zeit vom 14. bis 15. Juni 1919 gelingt den britischen Fliegern Captain John Alcock und Lieutenant Arthur Whitten Brown der erste Nonstop-Flug über den Atlantik von West nach Ost. Ihr Flugzeug war ein zweimotoriger modifizierter Bomber Typ Vickers Vimy IV mit offenem Cockpit.

Charles Lindbergh gelingt zwischen 20. und 21. Mai 1927 mit seinem Flugzeug „Ryan NYP” Spirit of St. Louis der erste Nonstop-Alleinflug von New York nach Paris über den Atlantik. Er gewinnt damit den seit 1919 ausgelobten Orteig Prize. Allein dieser Überflug brachte der US-amerikanischen Flugzeugindustrie und den US-amerikanischen Fluggesellschaften einen deutlichen Aufschwung. Eine von Guggenheim finanzierte Reise Lindberghs durch alle US-Bundesstaaten führte im ganzen Land zum Bau von Flugplätzen. Am 12. April 1928 gelingt die Transatlantik-Überquerung von Ost (Baldonnel in Irland) nach West (Greenly Island – Neufundland) durch Hermann Köhl, James Fitzmaurice und Ehrenfried Günther Freiherr von Hünefeld mit einer modifizierten Junkers W 33.

Flugboote

Ab Ende der 20er Jahre beginnt das Zeitalter der großen Flugboote, deren bekannteste Vertreter die Dornier Do X und Boeing 314 waren. Haupteinsatzbereich waren weite Transatlantik- und Pazifikflüge.

Mit dem Aufkommen der großen Passagierschiffe wurden immer mehr Katapultflugzeuge eingesetzt, die mittels eines Dampfkatapults gestartet wurden. Die Flugzeuge dienten meist zur schnellen Postbeförderung, die bekanntesten Typen waren die Heinkel He 60 und die Junkers Ju 46. Als Pionier im Katapultflugzeugbau gilt Ernst Heinkel, der bereits um 1920 ein Katapultflugzeug auf dem japanischen Schlachtschiff Nagato installierte.

Drehflügler

Eine entscheidende physikalische Beschränkung von Starrflügelflugzeugen ist, dass es bei niedrigen Geschwindigkeiten an den Tragflügeln zum Strömungsabriss kommt und die Flugzeuge abstürzen. Ein solcher Unfall eines von ihm konstruierten großen dreimotorigen Bombenflugzeugs brachte den spanischen Flugzeugkonstrukteur Juan de la Cierva dazu, den Tragschrauber zu entwickeln. 1922 entwickelt er den Gelenkrotorkopf: Die Rotorblätter sind über Schlaggelenke am Rotorkopf befestigt, als Folge davon wird der Auftriebsunterschied zwischen vorlaufendem und rücklaufendem Rotorblatt ausgeglichen. Ab 1927 verwendet de la Cierva außer den Schlaggelenken auch noch Schwenkgelenke und Schwenkdämpfer und konstruiert so die heute noch vielfach übliche Montierung der Rotorblätter am Rotorkopf für Drehflügler. Mit seinem Tragschrauber C 8 L überquerte de la Cierva am 18. September 1928 den Ärmelkanal. Abgesehen von dem halbstarren Blattanschluss von Bell verwendeten die meisten Konstrukteure von Drehflügelflugzeugen das Prinzip des Rotorblattanschlusses von de la Cierva. Erst moderne Verbundwerkstoffe für Rotorblätter ließen gelenklose Blattanschlüsse zu, die Schlag- und Schwenkbewegungen erfolgen nun durch Verformungen des elastischeren Rotorblatts (z. B. ab 1970 bei BO-105).

Hubschrauber

In den frühen 30er Jahren bauen Louis Bréguet und Rene Dorand mit dem Gyroplane-Laboratoire den wohl ersten nutzbaren Hubschrauber, der über längere Zeit stabil flog. Er hielt alle internationalen Rekorde für Hubschrauber, bis im Juni 1937 der Focke-Wulf Fw 61 die Spitzenposition übernahm. Beide Modelle waren aber Prototypen und blieben Unikate.

Mit der Flugbootkombination Short Mayo war ab 1937 in England für Transatlantikflüge experimentiert worden. Der Sinn der Short-Mayo-Kombination war, mit einem leicht betankten Flugboot, in diesem Fall einer Short-S.21, ein schwerbeladenes Wasserflugzeug (eine Short-S.20) auf Flughöhe zu tragen und dort auszuklinken. Diese Kombination sollte das Verhältnis zwischen Leistung, Nutzlast und Treibstoff optimieren.

Bereits ab 1937 begann die deutsche Luftwaffe mit dem Bau von Höhenflugzeugen, diese waren mit Druckkabinen ausgestattet und erreichten Höhen zwischen 12.000 und 15.000 m. Die bekanntesten Vertreter waren die Junkers Ef 61, später die Henschel Hs 130 und die Junkers Ju 388. Sie dienten als Höhenaufklärer bzw. Höhenbomber, allerdings wurden sie nur in wenigen Exemplaren gebaut. Als erstes Passagierflugzeug mit einer Druckkabine erlaubte die Boeing B-307 einen Flug über dem Wetter und damit eine wesentliche Komfortsteigerung für die Passagiere.

Ab 1939 bis 1945

Am 20. Juni 1939 startet mit der Heinkel He 176 das erste Versuchsflugzeug mit regelbarem Flüssigkeitsraketenantrieb. Dieses Flugzeug besitzt auch als erstes als Rettungsmittel eine abtrennbare Cockpitkapsel mit Bremsschirm. Der Pilot musste sich im Notfall dann allerdings von der Kapsel befreien und mit dem Fallschirm abspringen. Das Flugzeug erreichte eine maximale Geschwindigkeit von ca. 750 km/h.

Die Heinkel He 178 war das erste Flugzeug der Welt, das von einem Turbinen-Luftstrahltriebwerk angetrieben wurde. Der Erstflug erfolgte am 27. August 1939.

Durch die Luftschlacht um England geriet das Jagdflugzeug zunächst in den Mittelpunkt. Die beiden herausstechenden Typen dieser Zeit waren die Messerschmitt Bf 109 und die Supermarine Spitfire, die durch Verbesserungen der Aerodynamik und auch der Leistungsfähigkeit der Motoren im Laufe ihrer Entwicklung wesentlich in ihrer Leistungsfähigkeit gesteigert wurden.

Die Heinkel He 280 war das erste zweistrahlige Flugzeug der Welt; es besaß zwei Turbostrahltriebwerke. Es war auch das erste Flugzeug, das mit einem Schleudersitz ausgerüstet war. Der Erstflug fand am 2. April 1941 statt. Seinen ersten Einsatz als Rettungsgerät hatte der Schleudersitz wohl am 13. Januar 1943, als sich der Pilot aus einer He 280 katapultieren musste, die wegen Vereisung flugunfähig geworden war.

Die Alliierten setzten für den strategischen Luftkrieg große viermotorige Bombenflugzeuge ein. Da Angriffe wegen der deutschen Luftverteidigung oft nachts geflogen werden mussten hielt die Avionik in den Luftkrieg Einzug. Geräte zu Positionsbestimmung, wie das GEE-Verfahren, Radar zur Navigation und zur Nachtjagd und auch Funkgeräte zogen in Einsatz ein. Der Kampf führte zu immer größeren Flughöhen und Geschwindigkeiten. Um die Bombenflugzeuge wirksam schützen zu können wurden Jagdflugzeuge mit großer Reichweite entwickelt, etwa die North American P-51

Die Arado Ar 234B-2 von 1944 war der erste vierstrahlige Bomber mit einem Autopiloten (PDS), gefolgt. Kurz vor Kriegsende entstand der zweistrahlige Nurflügler Horten Ho IX. Die Außenhülle war mit einer Mischung aus Kohlenstaub und Leim beschichtet, um Radarstrahlen zu absorbieren.

Mit der Messerschmitt Me 163 wurde Mitte 1944 ein Raketengleiter, ausgehend von einem Segelflugzeug, zur Einsatzreife entwickelt. Als Objektschutzjäger eingesetzt bestach das Flugzeug durch seine Steigleistung, war jedoch aufgrund der Einsatzumstände praktisch wirkungslos.

Während dieser Zeit steigerte sich die Fluggeschwindigkeit bis in den transsonischen Bereich. Umfangreiche Forschungsprojekte, insbesondere auf deutscher Seite, führten zu grundlegenden Entdeckungen der in der Hochgeschwindigkeitsaerodynamik, etwa die Anwendung der Tragflächenpfeilung oder die Entdeckung der Flächenregel. Produkt dieser Bemühungen war der schwere Strahlbomber Junkers Ju 287 mit negativer Pfeilung der Tragflächen und Anwendung der Flächenregel.

Die Japaner errangen mit ihrer leichten und wendigen Mitsubishi Zero Sen im Pazifik zunächst herausragende Erfolge. Erst spätere Entwicklungen der USA erlaubten es, gegen den Gegner mit Erfolgsaussicht vorzugehen. Als die Lage Ende 1944 für Japan immer aussichtsloser wurde, ersannen sie Kamikaze-Flugzeuge, deren Piloten das voll Sprengstoff gepackte Flugzeug selbstmörderisch auf alliierte Schiffe lenkten.

Ab 1945 bis heute

1947 durchbrach die Bell X-1 als erstes Flugzeug offiziell die Schallmauer, inoffiziell war das nach Berichten deutscher Kampfflieger aus Versehen bereits 1945 mit einer Messerschmitt Me 262 gelungen. Die X-1 war ein Experimentalflugzeug mit Raketenantrieb welches von einer B-29 in ca. 10 km Höhe getragen und dort ausgeklinkt wurde, woraufhin der Raketenantrieb zündete und das Flugzeug die Schallmauer durchbrach.

Mit dem Kalten Krieg und dem Koreakrieg (1950–53) begann das Wettrüsten der Strahlflugzeuge. Am 8. November 1950 gelang der weltweit erste Sieg in einem Luftkampf zwischen Strahlflugzeugen, bei dem eine MiG-15 von einer Lockheed P-80 abgeschossen wurde. Grundsätzlich waren die P-80 und Republic F-84 den russischen Jets jedoch nicht gewachsen und wurden deshalb bald von der F-86 Sabre abgelöst.

Mit der Inbetriebnahme der britischen De Havilland DH 106 „Comet” bei der Fluggesellschaft BOAC 1952 schien das Zeitalter der Strahlturbinen auch für Verkehrsflugzeuge anzubrechen. Allerdings waren die verfügbaren Werkstoffe den neuen Belastungen noch nicht gewachsen – der Verkehr fand jetzt in größeren Höhen statt und die die wechselnde Druckbelastung führte zu Haarrissen im Rumpf. Als 1954 mehrere Maschinen dieses Typs abstürzten und die Maschinen am Boden bleiben mussten, war dieses Zeitalter in der westlichen Welt erst einmal unterbrochen. Anders im Ostblock: Mit der Tupolew Tu-104 etablierte die Sowjetunion ab 1956 erfolgreiche Liniendienste. Die Briten waren an einem Phänomen gescheitert, welches damals noch kaum erforscht war: Materialermüdung. Die Comet musste weitgehend neu konstruiert werden. Als das Nachfolgemodell D.H. 106 4B nach vier Jahren seinen Dienst wieder aufnahm, hatte Boeing mit der 707 bereits ein Strahlflugzeug für den Passagiertransport entwickelt und erfolgreich verkauft, das eine höhere Reichweite hatte und mehr als doppelt so viele Passagiere befördern konnte. Den endgültigen Erfolg bescherte der 707 ab 1962 der Einsatz der leistungsstärkeren und verbrauchsärmeren Mantelstromtriebwerke (engl. Turbofan). Anfang der 70er Jahre begann der Einzug des Großraumpassagierflugzeugs Boeing 747 „Jumbo-Jet”, dessen Dominanz in diesem Bereich wohl erst mit dem Airbus A380 abnehmen wird.

Mit Beginn der 50er Jahre begann die Entwicklung weitreichender strategischer Bomber, die auch Atombomben tragen konnten. Die bekanntesten Vertreter waren die Boeing B-52, Convair B-58, Mjassischtschew M-4 und die Tupolew Tu-95. Die B-58 war das erste Kampfflugzeug mit einem zentralen Bordrechner, der die zahlreichen Baugruppen zusammenfasste.

1955 rüstete die französische Firma Sud Aviation ihren Hubschrauber Alouette II mit einer 250 kW-Turboméca-Artouste-Wellenturbine aus und baute damit den ersten Hubschrauber mit Gasturbinenantrieb.

Mit dem Hawker Siddeley Harrier begann die Serienherstellung senkrechtstartender VTOL-Flugzeuge ab 1966. Allerdings kamen fast alle anderen VTOL-Flugzeuge nicht über das Prototypenstadium hinaus. Die USA entwickeln zurzeit (2005) mit dem F-35 Joint Strike Fighter eine neue Generation von SVTOL/-VTOL-Flugzeugen.

Mit dem Vietnam-Krieg trafen erneut sowjetische und amerikanische Flugzeuge aufeinander. Dabei erwies sich die MIG 21 gegenüber der amerikanischen McDonnell F-4 Phantom II in vielen Fällen als überlegen. Die Boeing B-52 wurde zu großflächigen Bombardements eingesetzt. Der umfangreiche Einsatz von Hubschraubern, wie der CH-47 Chinook und Bell UH-1, wurde immer wichtiger.

Mit dem Jungfernflug der Tupolew Tu-144 am 31. Dezember 1968 und der Concorde am 2. März 1969 begann die Episode des Überschall-Passagierluftverkehrs. Die Amerikaner hatten bei konventionellen zivilen, mit Turbinenstrahltriebwerken angetriebenen Passagierflugzeugen eine Monopolstellung erreicht. Diese wollten Engländer und Franzosen durch den Bau der Concorde durchbrechen. Hohe Energiekosten und höheres Umweltbewusstsein schränkten jedoch die Wirtschaftlichkeit und Brauchbarkeit dieses Modells ein. Der letzte Flug einer Concorde fand am 26. November 2003 statt.

Die Lockheed F-117A Nighthawk der United States Air Force war das weltweit erste einsatzbereite Flugzeug, das sich die Tarnkappentechnik konsequent zunutze machte. Die erste F-117A wurde 1982 ausgeliefert. Während des Baus der F-117 wurde sie von den amerikanischen Ingenieuren als „hoffnungsloser” Fall bezeichnet, da sie vermuteten, dass das Flugzeug aufgrund seiner Form nie in der Lage sein würde zu fliegen. Bevor sie einen offiziellen Namen bekamen, nannten die Ingenieure und Testpiloten die unkonventionellen Flugzeuge, die während des Tages versteckt wurden, um Entdeckung durch sowjetische Satelliten zu verhindern, „Cockroaches” (Kakerlaken). Diese Bezeichnung wird noch immer häufig benutzt, weil diese Flugzeuge nach Meinung vieler zu den hässlichsten gehören, die bislang gebaut wurden. Das Flugzeug wird auch „Wobblin Goblin” genannt, speziell wegen ihrer unruhigen Flugeigenschaften bei Luftbetankungen. Es lässt sich auf Grund seiner instabilen aerodynamischen Eigenschaften nur mit Computerunterstützung fliegen.

Mit dem Raketenflugzeug SpaceShipOne gelang am 21. Juni 2004 der erste privat finanzierte suborbitale Raumflug über 100 km Höhe. Die Maschine wurde von der Firma Scaled Composites im Rahmen des Projekts Tier One entwickelt, um den Wettbewerb Ansari X-Prize der X-Prize Foundation für sich entscheiden zu können. Dieser stellte zehn Millionen Dollar für denjenigen in Aussicht, der als erster mit einem Fluggerät neben dem Piloten zwei Personen oder entsprechendem Ballast in eine Höhe von mehr als 100 Kilometer befördert und dies mit demselben Fluggerät innerhalb von 14 Tagen wiederholt.

Laufende Forschung und Zukunft

Um der Thematik der notwendigen Treibstoffeinsparung zu begegnen, wird häufig der mögliche Einsatz von Nurflüglern diskutiert. Damit soll auch die Lärmbelastung gesenkt werden. Ein realistischer Forschungsschwerpunkt ist der erweiterte Einsatz von Leichtbauwerkstoffen wie CFK und bedingt GLARE. Auch werden neue Triebwerke mit Wärmerückgewinnung über Wärmeübertrager entwickelt. Die Nutzung aerodynamischer Erkenntnisse bei z. B. den Winglets oder den Gurney Flaps werden untersucht. Im militärischen Bereich setzen sich immer mehr die Drohnen durch und mit der Boeing AL-1 werden ganz neue Waffensysteme auf Laser-Basis erprobt.

Neuste Forschungen aus dem April 2009 der Universität Genua zeigen, daß Federn geeignet sind, den Luftwiderstand von Flugzeugen deutlich zu senken. Flugzeuge könnten mit Federn deutlich effizienter betrieben werden. Bedeutsam sind dabei die Deckfedern und ihre Rolle bei der Aerodynamik. Obwohl die Deckfedern scheinbar keine Nutzen haben, konnte der Alessandro Bottaro als Leiter der Untersuchungen feststellen, dass beim Gleiten der Vögel einige der Federn im besonderen Winkeln vom Flügel abstehen und den Luftstrom in Schwingungen versetzen. Um die Auswirkungen zu untersuchen, hatten die Forscher ein zylindrisches Objekt (20cm Durchmesser) mit synthetische Deckfedern versehen und im Windkanal getestet. Ergebnis war eine Reduzierung des Lufwiderstandes um 15%. Als ähnliches Beispiel verweisen die Forscher darauf, daß ein neuer Tennisball ebenfalls schneller fliegt als ein abgenutzter Tennisball.[1]

Rekorde

Fluggeschwindigkeit

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die von Flugzeugen erreichten Geschwindigkeitsrekorde:

Jahr Geschw. Pilot Nationalität Flugzeug
1903 56 km/h Orville Wright USA Flyer 1
1910 106 km/h Leon Morane Frankreich Blériot XI
1913 204 km/h Maurice Prevost Frankreich Deperdussin-Monocoque
1923 417 km/h Harold J. Brow USA Curtiss R2C-1
1934 709 km/h Francesco Agello Italien Macchi-Castoldi M.C.72 (Schwimmerflugzeug)
1939 755 km/h Fritz Wendel Deutschland Messerschmitt Me 209 V1
1941 1.004 km/h Heini Dittmar Deutschland Messerschmitt Me 163 (Raketenjäger)
1947 1.127 km/h
Mach 1,015
Charles Elwood Yeager USA Bell X-1
1951 2.028 km/h Bill Bridgeman USA Douglas Skyrocket
1956 3.058 km/h Frank Everest USA Bell 52 X-2 (Rakete)
1961 5.798 km/h Robert White USA North American X-15 (Raketenflugzeug)
1965 3.750 km/h W. Daniel USA Lockheed SR-71 Blackbird (Düsenflugzeug)
1966 7.214 km/h William Joseph Knight USA North American X-15 (Raketenflugzeug)
2004 11.265 km/h unbemannt USA Boeing X-43A (Staustrahltriebwerk)


siehe auch: Geschwindigkeitsrekord

Größe

Antonow An-225 – größtes Flugzeug der Welt

Als größtes Flugzeug der Welt gilt das Frachtflugzeug Antonow An-225 „Mrija“. Es hat die größte Länge, das höchste Startgewicht und den größten Schub aller Flugzeuge. Der Airbus A380 ist aufgrund seiner Kapazität das größte Passagierflugzeug der Welt (max. 853 Passagiere). Dennoch ist er nicht das längste Passagierflugzeug: Mit einer Länge von 75,30 m ist der Airbus A340-600 etwa 2,5 Meter länger. Die größte Spannweite und Höhe hatte das in den 1940-er Jahren entworfene Flugboot Hughes H-4, das jedoch nie in Serie gebaut wurde.

Das leistungsfähigste Triebwerk hat die zweistrahlige Boeing 777-300 mit 512 kN Schub. Die größte Reichweite ist nur schwer festlegbar, da sie bei jedem Flugzeug durch zusätzliche Tanks (im Extremfall bis zum maximalen Startgewicht) erhöht werden kann. Das Flugzeug mit der größten serienmäßigen Reichweite ist die Boeing 777-200LR mit 17.446 km. Die größte jemals ohne nachzutanken erzielte Reichweite gehört der Voyager mit 42.212 km.


Antonow An-225 Boeing 747 Airbus A380 Hughes H-4 Boeing 747 Airbus A380 Antonow An-225 Hughes H-4
Vergleich großer Flugzeuge
  A380-800 A340-600 B747-400 B777-300 ER Hughes H-4 Antonow An-225
Länge 72,7 m 75,3 m 70,7 m 73,9 m 66,7 m 84,0 m
Spannweite 79,8 m 63,5 m 64,4 m 64,8 m 97,5 m 88,4 m
Höhe 24,1 m 17,3 m 19,4 m 18,6 m 25,1 m 18,1 m
max. Startgewicht 560 t 368 t 413 t 352 t 182 t 600 t
Reichweite 15.000 km 13.900 km 14.200 km 14.600 km 4.800 km 15.400 km
max. Passagierzahl 853 419 458 550 750 Frachtflugzeug
Leistung 4·311 kN
= 1244 kN
4·267 kN
= 1088 kN
4·274 kN
= 1096 kN
512 kN
= 1024 kN
8·2240 kW
= 17.920 kW
6·230 kN
= 1380 kN

Literatur

  • Bölkow, Ludwig (Hrsg.) – Ein Jahrhundert Flugzeuge. Geschichte und Technik des Fliegens, VDI-Verlag, Düsseldorf 1990, ISBN 3-18-400816-9
  • R. G. Grant – Fliegen. Die Geschichte der Luftfahrt, Dorling Kindersley, Starnberg 2003, ISBN 3-8310-0474-9
  • Götsch, Ernst – Einführung in die Flugzeugtechnik, Deutscher Fachverlag, Frankfurt 1971, ISBN 3-87234-041-7
  • Götsch, Ernst – Luftfahrzeugtechnik, Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8
  • Höfling, Oskar – Physik, Band II, Teil 1, Mechanik – Wärme, 15. Auflage, Ferd. Dümmlers Verlag, Bonn 1994, ISBN 3-427-41145-1
  • Knaurs Lexikon der Naturwissenschaften Droemersche Verlagsanstalt, Th. Knaur Nachf., München und Zürich 1969.
  • Wie funktioniert das? Meyers erklärte Technik, Band 1. Bibliographisches Institut, Mannheim und Zürich 1963.

Einzelnachweise

  1. Pressetext Vogelfedern sollen Flugzeuge effizienter machen

Siehe auch

Weblinks


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