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Überschallgeschwindigkeit dank Pfeilflügel

07.03.2017 Blog

Busemanns Innovation für die Luftfahrt: Pfeilschnell in Spitzengeschwindigkeit

Der deutsche Aerodynamiker Adolf Busemann trug mit seinem innovativen Pfeilflügel-Prinzip maßgeblich zur Entwicklung der heutigen Passagierflugzeuge bei. Der Schüler des Luftfahrtforschungspioniers Ludwig Prandtl arbeitete im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Aerodynamik unter anderem am Kaiser-Wilhelm-Institut für Strömungsforschung in Göttingen, dozierte in der Strömungslehre an der TH Dresden und wirkte bei der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt in Berlin-Adlershof mit. Seit Beginn seiner Arbeit träumte Busemann stetig vom störungsfreien Fliegen bei hoher Geschwindigkeit, denn in den 1930er-Jahren war ein Flug in Überschallgeschwindigkeit unvorstellbar.

Sobald sich Flugzeuge der Schallmauer näherten, reagierten die Steuerruder nicht mehr, das Flugzeug begann zu vibrieren und war nicht mehr kontrollierbar. Mit einer komplett neuen Flügelkonstruktion sollte es Busemann aber gelingen, erstmals die Schallmauer zu durchbrechen. Bei der Annäherung an die Schallgeschwindigkeit, erhöht sich der Strömungswiderstand an den Tragflächen so stark, dass schnelleres Fliegen unmöglich ist. Adolf Busemann erkannte dieses Problem und fand mit dem Konzept des Pfeilflügels eine einfache aber innovative Lösung.

Sein Konzept besagt, dass mit der Anpassung der Pfeilung (der Winkel zwischen dem Tragflügel und der Flugzeugachse) der Strömungswiderstand an den Tragflächen reduziert wird. Dadurch kann die Fluggeschwindigkeit erhöht und der Treibstoffverbrauch gleichzeitig verringert werden. Mit seinem revolutionären Pfeilflügelkonzept waren die aerodynamischen Voraussetzungen für Überschallflüge erfüllt.

1935 stellte der damals 34-Jährige Adolf Busemann auf dem fünften Volta-Kongress in Rom seine innovative Idee einem Fachpublikum vor. Leider fand seine Idee vor Ort keine Beachtung, da die technischen Voraussetzungen zum Erreichen schnellerer Geschwindigkeiten noch nicht gegeben waren. Busemann ließ sich aber nicht entmutigen und forschte auf dem Gebiet weiter.

Busemanns Flügelkonstruktion

Dem Luftfahrtforscher Hubert Ludwieg gelang 1939 am Göttinger Institut für Aerodynamik mithilfe von Pfeilflügelmessungen, der Beweis für Busemanns Prinzip.

Im Hochgeschwindigkeits-Windkanal wies Hubert Ludwieg an kleinen Flügel-Modellen mit verschiedenen Pfeilwinkeln bei gleichbleibender Profilierung Busemanns Theorie, dass mit einem Pfeilflügel das Flugzeug durch die Widerstandsreduzierung schneller fliegen kann, nach . Basierend auf den in Göttingen gemachten Messungen, wurden weitere Untersuchungen in größeren Hochgeschwindigkeits-Windkanälen getätigt.

Nach dem zweiten Weltkrieg waren die Erkenntnisse aus den Messungen eine Überraschung für die alliierten Spezialisten. Sie erkannten nun die volle Tragweite des Pfeilflügelkonzepts von Busemann. Bereits geplante Luftfahrt-Projekte der Alliierten wurden gestoppt und Busemanns Theorie, wie auch die Windkanalmessungen wurden für die Neuauslegung der Flugzeuge berücksichtigt. Boeing legte beispielsweise den Tragflügel des B 47 nach Busemanns Pfeilflügel neu aus. Auch das erste große Langstrecken-Passagierflugzeug, die Boeing 707, wurde mit einer gepfeilten Tragfläche konstruiert.

Überschallgeschwindigkeit dank Pfeilflügel

Seit den 50er Jahren ist das bahnbrechende Konzept Grundlage für die moderne Luftfahrt. Auch heute ist der Pfeilflügel immer noch im Einsatz, beispielweise im modernen Passagierflugzeug Airbus A380.

Die bekanntesten Pfeilflügel sind die der Concorde, dem französischen Überschall-Passagierflugzeug, das von 1976 bis 2003 am Markt war. Der zur damaligen Zeit unter dem Namen „Königin der Lüfte“ bekannte Flieger erreicht damit fast doppelte Schallgeschwindigkeit und besitzt zudem Deltaflügel. Diese Flügelart wird besonders bei überschallschnellen Fluggeräten eingesetzt. Diese Flügel sind ebenfalls gepfeilt und bilden die Form eines Deltas. Die stärkere Pfeilung erzeugt eine große Fläche im Mach-Kegel (Stoßwelle) zudem haben Deltaflügel im Bereich des Unterschalls bei gleichem Auftrieb einen höheren Luftwiderstand als herkömmliche Tragflächen mit größerer Streckung. 2019 soll die Concorde wieder abheben – der Club Concorde, die offizielle Vereinigung ehemaliger Concorde-Piloten, plant einen Neustart des Überschallfliegers.

Ein weiteres Beispiel für die Umsetzung des Pfeilflügel-Prinzips ist das in Belgien entwickelte Verhees Delta Plane 1. Das aus Aluminiumrohren und -blechen gefertigte Ultraleichtflugzeug besitzt ebenfalls einen Deltaflügel.

Dank des Wissens von Adolf Busemann und Hubert Ludwieg ist die gepfeilte Tragfläche bis heute ein wichtiger Bestandteil in der Luftfahrttechnologie und wird stetig weiterentwickelt. Adolf Busemanns Pfleilflügel ermöglicht es uns, heute schneller und weiter zu fliegen. (Wir widmen diesen Blogartikel Busemann und Ludwieg und sagen Danke.)

Quellen: DLR | TU Darmstadt | American Institute of Physics | DLR | Spiegel Online

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