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Flugzeug

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Der Begriff Flugzeug hat eine technische und in Deutschland zusätzlich eine davon abweichende luftrechtliche Bedeutung.

modernes Großraumflugzeug (Airbus A380)

Flugzeug als technischer Begriff

Ein Flugzeug ist ein Luftfahrzeug, das schwerer als Luft ist und das aerodynamisch fliegt.

Im Gegensatz zu den Luftfahrzeugen wie Ballonen oder Luftschiffen, die den statischen Auftrieb nutzen, entsteht der Auftrieb bei Flugzeugen entweder erst beim Umströmen des Tragorgans (dynamischer Auftrieb) oder durch Rückstoß. Starrflügelflugzeuge besitzen als Tragorgane Tragflächen im weitesten Sinn, Drehflügelflugzeuge besitzen als Tragorgan einen oder mehrere Rotoren und Schwingenflugzeuge besitzen als Tragorgane Schwingen. Bei Senkrechtstartern beruht der Auftrieb in der Schwebe- und Übergangs- oder Transitionsphase auf dem Reaktivantrieb (Rückstoß).

Flugzeug als luftrechtlicher Begriff in Deutschland

Der Begriff Flugzeug taucht als rein luftrechtlicher Begriff in Deutschland auch in Form einer eigenen Luftfahrzeugklasse auf und meint, gegenüber der allgemeinen technischen Definition, die auch auf einige der anderen Luftfahrzeugklassen zutreffen würde, stark einschränkend letztlich nur diejenigen Flugzeuge, die nicht unter andere Luftfahrzeugklassen fallen, das heißt diejenigen Starrflügelflugzeuge, die nicht Segelflugzeuge, Motorsegler oder Flugmodelle sind und auch nicht als Gleitflugzeuge oder Ultraleicht-3-Achser zur Klasse der Luftsportgeräte gehören.

Aufbau

Ein Flugzeug besteht grundsätzlich aus dem Flugwerk, dem Triebwerk und der Betriebsausrüstung.

Das Flugwerk

Das Flugwerk besteht aus aus dem Tragwerk, dem Rumpf oder der Zelle, dem Leitwerk, dem Steuerwerk, dem Fahrwerk bei Landflugzeugen bzw. dem Schwimmwerk bei Wasserflugzeugen. Bei Senkrechtstartern kann statt dem Fahrwerk oder dem Schwimmwerk ein Kufenlandegestell vorhanden sein.

Das Tragwerk besteht bei Starrflügelflugzeugen aus Flügel, Vorflügel und Landeklappen, bei Drehflügelflugzeugen aus dem Rotor oder den Rotoren.

Das Leitwerk besteht bei Starrflügelflugzeugen aus dem Höhenleitwerk mit den Höhenrudern und den Trimmrudern für die Höhenruder, dem Seitenleitwerk mit dem Seitenruder und dem Trimmruder für das Seitenruder und den Querrudern. Bei bestimmten Drehflügelflugzeugen können sich an den Rotorblättern kleine Ruder befinden. Auch einen Heckrotor oder ein Fenestron kann als zum Leitwerk gehörend betrachtet werden.

Das Steuerwerk oder die Steuerung besteht beim Starrflügelflugzeug aus dem Steuerknüppel oder der Steuersäule mit Steuerhorn oder Handrad, den Seitensteuerpedalen, Gestänge, Seilzügen oder Steuerhydraulik. Die Steuersäule wird bei einigen modernen Flugzeugen durch den Sidestick ersetzt (Fly-by-Wire).

Beim Hubschrauber gilt entsprechendes, dieser besitzt allerdings statt dem Steuerknüppel oder der Steuersäule einen Blattverstellhebel für die kollektive Rotorblattverstellung und einen Steuerknüppel für die zyklische Rotorblattverstellung

Das Triebwerk

Das Triebwerk eines Flugzeuges umfasst einen oder mehrere Motoren mit Zubehör: den Kolbenmotor, die Gasturbine, das Staustrahltriebwerk oder das Raketentriebwerk, den Propeller, die Gebläsestufe eines Mantelstromtriebwerkes, will man diese als Ableitung des Propellers ansehen oder der Propfan mit oder ohne Mantel als Nachfolger des Propellers, die Kraftstofftanks, die Schmieranlage, die Motorkühlung, Triebwerksträger und Triebwerksverkleidung.

Die Betriebsausrüstung

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 und Flugzustand und dem Zustand der Triebwerke, zur Navigation, zur Kommunikation, Versorgungssysteme, Warnsysteme, 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.

Grundlegende Bauweisen

Das Prinzip des aerodynamischen Flugs wird durch unterschiedliche Bauweisen verwirklicht:

Starrflügelflugzeuge

Bei Starrflügelflugzeugen wird die Luftströmung über den Tragflächen durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs hervorgerufen. Das heißt allerdings nicht, dass die Flügel ausnahmslos unbeweglich sein müssen. Es gibt Flugzeuge mit variabler Flügelgeometrie oder variabler Pfeilung, die der Fluggeschwindigkeit angepasst werden kann wie beispielsweise das Kampfflugzeug Tornado. Auch sie gehören zu dieser Kategorie.

Im weiteren Sinn gehören zu den Flugzeugen, die nach dem Starrflügelprinzig fliegen auch Motorschirme und Gleitschirme. Die Schirme selbst, im Volksmund ihrer Form wegen Matratzen genannt sind eigentlich nichts anderes als vom Fahrtwind aufgeblasene Tragflügel.

Bestimmte Modelle von Bodeneffektfahrzeugen komprimieren Luft unter einer Tragfläche und sind damit nichts anderes als extrem tief fliegende Starrflügelflugzeuge.

Drehflügelflugzeuge

Bei Drehflügelflugzeugen werden die Tragflächen in Form eines horizontalen Rotors gebaut. Die Luftströmung über den Rotorblättern wird hauptsächlich durch die Drehbewegung des Rotors oder der Rotoren erzeugt.

Bei den Drehflügelflugzeugen unterscheidet man

  • Hubschrauber, die einen oder mehrere angetriebene Rotoren besitzen. Der Auftrieb und der Vortrieb werden durch entsprechende Steuerung der Rotoren verwirklicht. Die Steuerung für den Auftrieb ist die kollektive Rotorblattverstellung, die Steuerung für den Vortrieb (oder auch für den seitlichen oder den Rückwärtsflug) die zyklische Rotorblattverstellung.
  • Tragschrauber auch Autogiro genannt, bei denen ein nicht durch ein Triebwerk, sondern durch den Fahrtwind in Autorotation angetriebener Rotor für den Auftrieb sorgt. Für den Vortrieb muss ein Zug- oder Schubtriebwerk sorgen. Der Rotor ersetzt den starren Tragflügel des Tragflügelflugzeugs.
  • Flugschrauber erzeugen den Auftrieb über einen durch ein Triebwerk angetrieben Rotor und den Vortrieb über Schub- oder Zugtriebwerke. Da der Rotor nur noch durch den Auftrieb belastet wird, können Flugschrauber etwas höhere Geschwindigkeiten als Hubschrauber erreichen.

Hybride aus Dreh- und Starrflügelflugzeug

  • Verbundhubschrauber sind eine Kombination aus Hubschrauber und Starrflügelflugzeug. Sie besitzen einen oder mehrere Rotoren und feste Tragflügel meist in Form von Stummelflügeln die beim Reiseflug einen großen Teil des Auftriebs übernehmen.
  • Kombinationsflugschrauber, auch Compounds genannt sind eine Kombination aus Flugschrauber und Starrflügelflugzeug. Beim Senkrechtstart übernimmt der Rotor den Auftrieb, beim Reiseflug übernehmen Schub- oder Zugtriebwerke den Vortrieb, Starrflügel und Rotor(en) den Auftrieb. Der Rotor kann beim Reiseflug auf niedrigen Widerstand eingestellt und vom Triebwerk abgekuppelt werden. Alternativ ist aber auch der Antrieb des Rotors bei Start und Landung durch Blattspitzenantriebe möglich (Beispiel: Fairey Rotodyne). Durch die Entlastung des Rotors lassen sich höhere Geschwindigkeiten als beim Hubschrauber erreichen.
  • Wandelflugzeuge, auch Verwandlungsflugzeuge genannt besitzen während des Senkrechtstarts die Konfiguration eines Hubschraubers. Beim Übergang zum Reiseflug werden sie zum Starrflügelflugzeug um konfiguriert, zum Beispiel durch Kippen des Rotors und Benutzung desselben als Zugtriebwerk (diese Konfiguration nennt sich Kipprotor oder Tiltrotor; Beispiel: Bell-Boeing V-22). Zu den Wandelflugzeugen gehören auch Kippflügel-, Schwenkrotor-, Einziehrotor- und Stopprotorflugzeuge. Wandelflugzeuge kombinieren die Vorteile eines Drehflügelflugzeugs mit denen eines Starrflügelflugzeugs. 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 und erzeugen gleichzeitig Auftrieb sowie Vortrieb. Besonders in der Frühzeit der Luftfahrt wurde versucht, Schwingenflugzeuge zu bauen, aber außer in kleinen Modellen ist es bis heute noch nicht gelungen, beziehungsweise nicht wirtschaftlich.

Datei:RotorFlugzeug.jpg
Rotorflugzeug

Rotorflugzeuge

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

Der Auftrieb

Der Auftrieb wird beim Starrflügelflugzeug und wenn man die Rotoren eines Drehflügelflugzeuges als rotierende Tragflächen betrachtet auf der einen Seite durch die Form des Flügelprofils aber auch durch den Winkel zwischen der anströmenden Luft und der Flügelebene, besser Profilsehne, dem sogenannten Anstellwinkel, (englisch: angle of attack) bestimmt. Durch diesen Winkel wird die Luft nach unten abgelenkt und das Flugzeug nach oben.

Kräfte am Flugzeug

Im konstanten Reiseflug ist die Auftriebskraft gleich der Schwerkraft (Gleichgewicht), im Steigflug hingegen überwiegt die Auftriebskraft. Zusätzlich entsteht durch die Reibung der Luft an der Flugzeugaußenhaut ein Widerstand, der durch den Antrieb überwunden werden muss. Bei Starrflügelflugzeugen werden die Tragflügelprofile in der Regel so ausgelegt, dass der Widerstand möglichst klein, aber der Auftrieb möglichst groß ist. Auch der Rumpf leistet einen kleinen Beitrag zum Auftrieb. Bei den Lifting Body genannten Flugzeugen ist der Rumpf aerodynamisch so geformt, dass er den Hauptanteil des Auftriebs übernimmt.

Der Vortrieb

Zur Erzeugung des Vortriebes gibt es verschiedene Möglichkeiten:

  • Bei Segelflugzeugen, Hängegleitern und Gleitschirmen ist der Vortrieb auch ohne Eigenantrieb gewährleistet, da vorhandene Höhe sehr verlustarm in Geschwindigkeit umgewandelt werden kann. Der Höhengewinn selbst erfolgt durch Aufwinde (z.B. Thermik oder Hang- und Wellenaufwinde).
  • Propeller in Verbindung mit Kolbenmotoren: bis zur Entwicklung der Turbostrahltriebwerke die übliche Antriebsart. Als praktische Leistungsgrenze für Flugmotoren dieser Art wurden 4000 PS (2940 kW) angesehen, als erreichbare Geschwindigkeit 750 km/h. Heute ist diese Antriebsart für Sportflugzeuge und kleinere ein- bis zweimotorige Flugzeuge üblich.
  • Ein Propeller kann auch durch einen Elektromotor (beispielsweise Solarflugzeug) angetrieben werden. Eine extreme Form des Propellerantriebs stellen sog. Muskelkraftflugzeuge (HPA) dar, das sind Flugzeuge, bei denen der Pilot im Cockpit - ähnlich wie in einem Liegerad - durch eine Tretbewegung Vortrieb erzeugen kann.
  • Bei Hubschraubern sorgen der Hauptrotor oder die Hauptrotoren durch die zyklische Rotorblattverstellung für den Vortrieb. Angetrieben wird der Hubschrauber von einem Kolbenmotor oder von einer oder zwei Gasturbinen, bei denen die Leistung über die Turbinenwelle abgenommen wird (Wellenleistungstriebwerk).
  • Propellerturbinentriebwerke (Turboprop) für Kurz- und Mittelstreckenerkehrsflugzeuge, militärische Transportflugzeuge, Seeüberwachungsflugzeuge und zweimotorige Geschäftsreiseflugzeuge im Unterschallbereich. Weiterentwicklungen für die zukünftige Verwendung in Verkehrsflugzeugen und militärischen Transportflugzeugen sind Unducted Propfan, auch Unducted Fan (UDF) und Shrouded Propfan (z.B. MTU CRISP).
  • Turbostrahltriebwerke (Gasturbinen) 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: 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 werden bisher nur bei Experimentalflugzeugen verwendet.
Rotationsachsen eines Flugzeugs

Neben dem Antrieb ist auch eine Steuerung um alle 3 Raumachsen notwendig. Sie erfolgt beim Starrflügelflugzeug durch Ruder und Klappen, Strahlklappen genannte Schlitzdüsen, Verwindung der Tragflügel und Leitwerke oder Gewichtsverlagerung, beim Hubschrauber durch die Rotorblattverstellung und die Steuerung eines eventuell vorhandenen Heckrotors, bei allen anderen Flugzeugen können alle Steuerungsmöglichkeiten zum Einsatz kommen. Beim Senkrechtstarter kommen als weitere Steuerungsmöglichkeiten insbesondere im Schwebe- und Transitionsflug das Kippen bzw. Schwenken von Rotoren oder Strahltriebwerken oder das Verstellen von Schubvektordüsen (beim Zweistrom-Turbostrahltriebwerk Pegasus) hinzu.

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

  • Das Höhenruder dient der Drehung um die Querachse, Nicken oder Kippen genannt.
  • Das Seitenruder dient der Drehung um die Hochachse (vertikale Achse), Wenden oder Gieren genannt.
  • Das Querruder dient der Drehung um die Längsachse, dem Rollen.
Flugzeug mit Klappen und Rudern.

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

Das Höhenruder ist in der Regel hinten angebracht, ebenso das Seitenruder. Querruder befinden sich an der Tragflächenhinterkante. Abweichend davon kann die Höhensteuerung auch vorne platziert sein (Entenflügel). Querruder können durch gegenläufigen Ausschlag der Höhenruder ersetzt werden. Höhen- und Seitenruder können auch kombiniert werden wie beim V-Leitwerk. Neben den oben genannten Rudern gibt es noch so genannte Trimmruder, die nur zur Stabilisierung des Flugzeugs dienen. Bei modernen Flugzeugen übernimmt der Autopilot die Kontrolle der Trimmruder. Die Hochauftriebshilfen (flaps) werden beim Starten/Steigflug und zum Landeanflug benutzt. An der Hinterkante der Flügel befinden sich die Hinterkantenauftriebshilfen oder Endklappen, 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 Landeklappen an der hinteren Tragflächenkante, an der vorderen Tragflächenkante ausfahren. Durch die Klappen kann die Wölbung des Tragflügelprofils so verändert werden, dass auch beim langsamen Landeanflug/Steigflug der Auftrieb erhalten bleibt. Setzt das Flugzeug auf der Landebahn auf, wird der Auftrieb bewusst durch die sog. Brems-/Störklappen, Spoiler genannt, zerstört. Sie sind auf den Tragflächen angebracht und werden meist durch einen Automatismus, der unter anderem durch das Einfedern des Hauptfahrwerks bei der Landung eingeleitet wird, ausgefahren. Im ausgefahrenen Zustand vermindern sie den Auftrieb an den Tragflächen (Strömungsablösung).

Es gibt auch Steuerflächen mit mehrfachen Funktionen:

  • Flaperons: Arbeiten sowohl als Klappen als auch als Querruder
  • Elevons: Arbeiten sowohl als Höhenruder als auch als Querruder, besonders beim Nurflügel

Neben der konventionellen Anordnung der Steuerflächen existieren auch Sonderformen:

Weitere Klassifizierungen

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

Zivil 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 nicht immer zu ziehen. So waren viele Zivilflugzeuge der damaligen Sowjetunion so konstruiert, dass sie sich leicht zu einer militärischen Nutzung umwidmen ließen.

Verwendungszweck

Die Klassifizierung der Militärflugzeuge nach Verwendungszweck findet sich im Artikel Militärflugzeug.

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. Heute werden kleinere Passagierflugzeuge auch als Geschäftsreiseflugzeuge bezeichnet.

Ein Frachtflugzeug ist ein Flugzeug zum Transport von (kommerzieller) Fracht. Sitze 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 Biozide 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 Löschmittel in ein- oder angebauten Tanks mitführen und über Waldbränden abwerfen können.

Es gibt unter dem Begriff Sanitätsflugzeug (amtlich Luftrettungsmittel genannt) verschiedene unterschiedliche Kategorien wie Rettungshubschrauber, Intensivtransporthubschrauber, Notartzteinsatzhubschrauber 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).

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 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. Versuchsweise wurden mehr als drei Tragflächen übereinander angeordnet.

Doppelrumpfflugzeuge besitzen zwei Rümpfe. Das Cockpit ist in der Regel an der Tragfläche zwischen den Rümpfen angebracht.

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, so spricht man von Amphibienflugzeugen.

Start- und Landeeigenschaften

Starrflügelflugzeuge und einige Typen der Drehflügelflugzeuge 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 bezeichnet man als Senkrechtstarter oder VTOL-Flugzeuge. Sie benötigen gar keine Start- und Landebahn, sondern nur einen Untergrund ausreichender Größe, der ihr Gewicht tragen kann, und auf dem der Abwind, der durch das VTOL-Flugzeug erzeugt wird (engl. downwash), nicht allzu viel Schaden anrichtet, z.B. ein Helipad.

Unbemannte Flugzeuge

Aufklärungsdrone Luna

Im zivilen Bereich sind unbemannte Flugzeuge meistens als Modellflugzeug gebräuchlich. Sie werden meistens über Funkfernsteuerungen gesteuert, sehr selten über Programmsteuerungen. Häufiger sind bei Modellen von Drehflügelflugzeugen die Kombination von Funkfernsteuerung und Programmsteuerung, in die beispielsweise eine Kreiselstabilisierung eingreift.

Im Militärischen Bereich werden unbemannte Flugzeuge Drohnen genannt. Das Spektrum reicht hier von Modellflugzeugen zur Zieldarstellung für Flugabwehrkanonen über unbemannte Aufklärungsflugzeuge bis hin zu unbemannten bewaffneten Kampfflugzeugen. Die Steuerung erfolgt über Funkfernsteuerung oder Programmsteuerung.

Während Drohnen in der Regel wiederverwendbar sind, bezeichnet man unbemannte Flugzeuge mit Sprengkopf, die im Ziel explodieren als Marschflugkörper.

Weitere Flugzeugklassifizierungen

Weitere Flugzeugklassifizierungen finden sich in der Kategorie Flugzeugtyp.

Je nach Typ erhalten die Luftfahrzeuge in den einzelnen Ländern unterschiedliche Luftfahrzeug-Kennungen. Für Deutschland siehe Klassifizierung von Luftfahrzeugen in Deutschland...

Geschichte

Vorbilder aus der Natur

Zu komplex, um ihren Flug zu imitieren: Die Libelle

Die ersten "Flieger" stammen aus der Natur, sind Geschöpf oder ein Produkt der Evolution, je nach Weltanschauung. Vögel und Insekten sind jedoch so perfekte Konstruktionen, dass sie bis heute nicht nach gebaut werden können. Es ist bis heute noch keinem Menschen gelungen, sich mit einem Ornithopter in die Lüfte zu erheben, geschweige denn in einem Flugzeug, das die Flugeigenschaften einer Libelle hat. Gleichwohl darf wohl der Gleitflug der Vögel als Vorbild für den Gleitflug der Starrflügelflugzeuge angesehen werden.

Anders sieht es bei den Drehflügelflugzeugen aus. Der Same des Ahornbaums wurde wohl nie als Vorbild für das Drehflügelflugzeug angesehen, obwohl er ein natürlicher Tragschrauber ist. Er fällt ja nur zur Erde.

Dies führt zu einer weiteren Frage im Zusammenhang mit Flugzeugen: Was macht denn eigentlich die Faszination am Fliegen aus? Die Antwort geben viele Allegorien, schon vor der Sage von Ikaros und Daidalos: Flügel haben bedeutet nahezu unbegrenzte Freiheit.

Altes und Sagenhaftes

Ikaros und Daidalos

Im vierten Jahrhundert v. Chr. spielen chinesische Kinder bereits mit einem Spielzeug, das als erstes bekanntes Modell zum Hubschrauber (Drehflügelflugzeug) angesehen werden kann. Der chinesische Kreisel bestand aus einem runden Stab, in den kreuzförmig leicht angestellt Vogelfedern eingesteckt waren. Durch Drehung des Rundstabs zwischen beiden Handflächen erzeugen die Federn schließlich genug Auftrieb, um den Kreisel in die Luft steigen zu lassen.

Um die Zeitenwende dokumentierte der römische Dichter Publius Ovidius Naso in seinem Werk Metamorphosen die griechische Sage von Daidalos und Ikaros die mit selbstgebauten Schwingen die Flucht von Kreta nach Sizilien versuchten.

In der Zeit der Renaissance entwarf Leonardo da Vinci verschiedene Flugzeuge, darunter auch den ersten "Helicopter". Keines der Modelle wäre flugtauglich gewesen. Da Vincis Entwürfe wurden erst Ende des 19. Jahrhunderts wiederentdeckt und hatten wohl keinen Einfluss auf die Entwicklung der ersten Flugzeuge.

Vom Schritt zum Sprung, vom Sprung zum Flug

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. Das 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 veröffentlicht 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 aber kein flugfähiges Modell.

Gleitermodelle, wie sie Otto Lilienthal flog

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 1.000mal gesegelt ist. Die aerodynamische Formgebung seiner Tragflügel erprobte er auf seinem Rundlaufapparat, von der Funktion her ein Vorgänger der modernen Windkanäle.

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

Wright Flyer

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 genaustens 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 ein Canard war, sich also die Höhensteuerung vor dem Haupttragwerk befand. Einen faden Beigeschmack hat die Geschichte dennoch: 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, prahlte das Smithsonian lange damit, 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. Trotzdem führte diese Auflage 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 Tatsachen bezüglich des ersten erfolgreichen Motorflugs liegen also teilweise im Dunklen.

Datei:Blériot XI vor dem Start.jpg
Blériot XI

Europa konnte erst 1909 wieder praktische Meilensteine in der Geschichte des Flugzeugs setzen. 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 auch die Grande Semaine d'Aviation de la Champangne bei Reims statt, der 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.

Datei:Ludwig Prandtl 1940er Jahre.jpg
Ludwig Prandtl: der "Vater der Aerodynamik"

Ende 1907 wurde die spätere Aerodynamische Versuchsanstalt Göttingen (AVA) ins Leben gerufen. Sie beschäftigte sich in ihren Gründungsjahren noch mit der Entwicklung der "besten" Luftschiffform, ihr damaliger Leiter Ludwig Prandtl wurde allerdings mit der Erforschung der wissenschaftlichen Grundlagen zur Grenzschichttheorie und zur Theorie des Tragflügels weltweit zum "Vater der Aerodynamik".

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. Über alle diese Jahre wurden schon Konstruktionsmerkmale weiterentwickelt, die auch heute noch Bedeutung haben wie Tandemrotor, koaxiale Rotoranordnung oder Heckrotor zum Ausgleich des Drehmoments.

1907 stellt das Drägerwerk sein erstes Konstantdosierhöhenatemgerät her. Diese Geräte bekommen für Flugzeuge aber erst später Bedeutung, bisher erreichen nur Ballonfahrer Höhen, bei denen die Höhenkrankheit auftritt.

Irgendwann zwischen 1909 und 1911 begann der sportliche Segelflug. Im Jahr 1910 wird über erste Flüge mit Hängegleitern durch Ingenieursstudenten berichtet. 1911 gab es die Flüge mit Gleitern auf der Wasserkuppe. Die Sportluftfahrt war geboren.

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

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 innerem 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.

Datei:Ilja Muromez.jpg
Eine Ilja Muromez

Ein wesentlicher technischer Durchbruch gelingt kurz vor dem ersten Weltkrieg dem russischen Konstrukteur und Pilot 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 Le Grande 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. Diese Flugzeuge waren ursprünglich als komfortable Passagierflugzeuge konstruiert und begründen diese Ära. Später werden die Ilja Muromez leider zu zugegebenermaßen erfolgreichen Bombern umgebaut.

Der erste Weltkrieg

Datei:Fokker Dr.I.jpg
Focker Dr-I Jagdflugzeug

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 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. Hier entwickelte sich bereits eine Doktrin, die bis heute viel Leid verursacht (Kriegsrat der Alliierten in Versailles im Herbst 1918, aber wie deutsche Bombenangriffe zeigten, führte man hier nichts besseres im Schilde):

"Das beste Mittel ist, die industriellen Zentren zu bombardieren, wo man:

a) militärische und vitale Schäden durch Zerstörung der Versorgungszentren für Kriegsmaterial erreicht und

b) den maximalen Effekt auf die Moral durch Zerstörung des empfindlichsten Teils der Bevölkerung, nämlich der Arbeiterklasse erreicht."

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.

Viele der im Luftkampf angewendeten Flugfiguren wurden später Standardfiguren des Kunstflugs wie Immelmann oder Looping.

In Österreich-Ungarn entwickelten Stephan von Petročzy, Theodore von Kármán und Wilhelm Zurovec die gefesselten Beobachtungsplattformen PKZ-1 und PKZ-2, diese Maschinen waren an drei Seilen geführte Hubschrauber. Der PKZ-2 erreichte bei Versuchsflügen eine Flughöhe von 50 m, wurde aber wohl nie bemannt.

Die deutsche Käte Paulus entwickelte die Packhülle für den Fallschirm. Am 1. März 1912 sprang der Amerikaner Albert Berry das erste mal von einem Flugzeug mit einem Fallschirm ab. Der Versuch gelang. Damit stand für Flugzeugbesatzungen ein zuverlässiges Rettungsgerät zur Verfügung. Otto Heinecke erfand den Fallschirm mit Zwangsauslösung, ein Fallschirm, der durch eine Aufziehleine ausgelöst wurde. Während des ersten Weltkriegs war der Fallschirm als Rettungsgerät für deutsche Flugzeugbesatzungen weit verbreitet. Die Alliierten versorgten ihre Flugzeugbesatzungen damals allerdings nicht mit Fallschirmen um zu verhindern, das beschädigte Flugzeuge vorzeitig aufgegeben wurden.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Weltkrieg

Eine entscheidende physikalische Beschränkung von Starrflügelflugzeugen ist, dass es bei niedrigen Geschwindigkeiten an den Tragflügeln zum Strömungsabriss kommt und die Flugzeuge abstürzen. Ein entsprechender Unfall eines von ihm konstruierten großen dreimotorigen Bombenflugzeugs brachte den spanischen Flugzeugkonstrukteur Juan de la Cierva dazu, das Tragschrauberprinzip zu entwickeln. 1922 entwickelt er den Gelenkrotorkopf: Die Rotorblätter sind über Schlaggelenke am Rotorkopf befestigt, die Folge: der Auftriebsunterschied zwischen vorlaufenden und rücklaufenden Rotorblättern wird 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 Drehflügelflugzeuge. 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 lassen gelenklose Blattanschlüsse zu, die Schlag- und Schwenkbewegungen erfolgen nun durch Verformungen des elastischeren Rotorblatts.

Ab 1933 bis 1945

In den frühen 30er Jahren bauen Louis Bréguet und Rene Dorand mit dem Gyroplane-Laboratoire den wohl ersten Hubschrauber, der über längere Zeit stabil flog. Bis zum Juni 1937 hielt er wohl alle internationalen Rekorde für Hubschrauber. 1937 übernahm der Focke-Wulf Fw 61 die Spitzenposition. Beide Hubschrauber wurden nicht in Serie gebaut. In Serie gebaut wurde noch während des zweiten Weltkriegs der Sikorsky R-4, ein Nachfolger des Sikorsky VS-300.

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.

Die Heinkel He 280 war das erste zweistrahlige Flugzeug der Welt (es besaß zwei Turbostrahltriebwerke). Es war auch das erste Flugzeug, dass 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 Arado Ar 234B-2 von 1944 war der erste vierstrahlige Bomber mit einem Autopiloten (PDS), gefolgt vom schweren Strahlbomber Junkers Ju 287 mit negativer Pfeilung der Tragflächen.

Ab 1945 bis heute

1947 durchbrach die Bell X-1 als erstes Flugzeug offiziell die Schallmauer, inoffiziell war das nach Berichten deutscher Kampfflieger ausversehen 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 ausgeklingt wurde woraufhin der Raketenantrieb zündete und das Flugzeug die Schallmauer durchbrach.

Die französische Firma Sud Aviation rüstet 1955 ihren Hubschrauber Alouette II mit einer 250 kW-Turboméca-Artouste-Wellentubine aus und baut damit den ersten Hubschrauber mit Gasturbinenantrieb.

1964 reicht der Kanadier Domina Jalbert seinen Parafoil zum Patent ein. Er gilt als Erfinder des rechteckigen, kasten- oder matratzenförmigen Flächenfallschirms oder Gleitschirms. Seine Arbeiten beruhen auf den Grundideen von Francis Rogallo. Seine Erfindung legt die Grundlagen des Gleitschirmfliegens.

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 momentan mit dem F-35 Joint Strike Fighter eine neue Generation von SVTOL/-VTOL-Flugzeugen.

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 der 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). Eine Bezeichnung, die noch immer häufig benutzt wird, 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 wohl nur mit Rechnerunterstützung fliegen.

Fluggeschwindigkeiten

Literatur

  • Ludwig Bölkow (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

Siehe auch

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