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Wie die Segelflieger die Luftfahrt umkrempeln - Wunderwelt Wissen / Nov 2012

Wir denken ans Fliegen und haben sofort Riesen-Jets im Kopf. Dabei sind die virtuosen Segelflugzeuge viel eleganter. Motorlose Luftfahrzeuge schrauben sich in über 15 Kilometer Höhe, gleiten 3000 Kilometer weit, schaffen 300 Kilometer pro Stunde, segeln fast zweieinhalb Tage lang – ohne einen Tropfen Sprit. Weltmeister in dieser Klasse war die Raumfähre Space Shuttle. Sie schwebte aus dem All zur Erde zurück.

 

Segler-Mekka Wasserkuppe

 

„Wir sind einerseits ein sehr technischer Sport. Andererseits setzen wir Naturressourcen sparsam ein und nutzen die Naturkräfte intelligent“, sagt Tilo Holighaus, Geschäftsführer des Segelflugzeug-Herstellers Schempp-Hirth. Damit beeindrucken die Segler die kommerzielle Luftfahrt, die unter Negativrekorden leidet. Der globale Luftverkehr stößt schon jetzt jährlich 600 Millionen Tonnen klimaschädliches CO2 aus. 2050 könnte es fünf Mal so viel sein. Die wachsende Branche sucht händeringend nach Energiespartechniken. Deshalb schweben manche Airliner, sich an Seglern orientierend, mittlerweile mit gedrosselten Triebwerken zur Landebahn. Sowohl Piloten als auch Flugzeugbauer lassen sich zunehmend vom Segelflug inspirieren. Dessen Werkstoffe und Flügelprofile sowie Antriebstechniken, zum großen Teil in Deutschland entwickelt, stehen Modell bei der Entwicklung hocheffizienter Verkehrsmaschinen der Zukunft. Dies ist gute alte Tradition seit den Anfängen der Fliegerei.

 

Im Jahr 1891 schwebte Otto Lilienthal 25 Meter weit durch die Luft. Der stoffbespannte Weidenholzrahmen, offiziell „Normalsegelapparat“ genannt, wurde das weltweit erste in Serie gebaute Flugzeug. Auf diesem Segler basierte wenig später der erste Motorflieger der Welt, der Doppeldecker der Gebrüder Wright. Dieses Segelflugzeug mit Motor löste einen wahren Flugrausch aus, der sich in den spektakulären Luftkämpfen des Ersten Weltkriegs austobte. Danach war den Deutschen der Motorflug verboten. Sie besannen sich auf den Segelflug, der alsbald seinen ersten Höhepunkt erlebte. Das Zentrum des neuen Sports wurde die Wasserkuppe in der Rhön. Hier erflog sich der „Vampyr“ 1922 den Eintrag in die Annalen der Luftfahrt. Die Konstruktion der Hannoveraner Tüftlergruppe Akaflieg kam 8,9 Kilometer weit, für die damalige Zeit sensationell. Das verdankte der Vampyr einer neuen Flügelbautechnik, die größere Spannweiten erlaubte und damit die Nutzung von Aufwinden. Bislang hatten Segler nur eine Richtung beherrscht: Richtung Boden. Nun flogen sie himmelwärts – mit einer Vervielfachung ihrer Reichweite. Die verbesserte Aerodynamik ließ auch beträchtlich höhere Nutzlasten zu. Davon profitierten im Zweiten Weltkrieg die Lastensegler. Das waren Segelflugzeuge für den einmaligen Gebrauch, die mit Soldaten, Waffen und Fahrzeugen beladen wurden. Selbst schwerste Panzer konnten sie tragen, ohne dabei abzustürzen.

 

Kunststoff half aus der Sackgasse

 

Motorflieger schleppten die Lastensegler in die Luft. Nach dem Ausklinken passierten die antrieblosen Lufttransporter lautlos die Fronten. Sie brachten Truppen und militärische Ausrüstungen weit ins feindliche Hinterland. Bei der Luftlandeschlacht um Kreta setzte die Deutsche Luftwaffe 80 bis 100 dieser Gleiter ein. Im Gegenzug waren die Wegwerfflieger den Alliierten 1944 bei der Landung in der Normandie eine entscheidende Hilfe.

 

Als in den 1950er Jahren die kommerzielle Luftfahrt eine neue Generation von Hochleistungsflugzeugen hervorbrachte, drohte der Segelflug zu einer Fußnote der Fluggeschichte zu verkümmern. Die Tüftler fanden sich in einer technischen Sackgasse wieder. Die Holzflügel wurden mit zunehmender Leistung immer dicker und verursachten zu großen Widerstand. Die aufkommenden neuen Kunststofftechniken, auf die sich die Segelflieger mit großer Experimentierfreude stürzten, retteten sie. 1957 stand das weltweit erste komplett aus Kunststoff gefertigte Flugzeug am Start, das alle bisherigen Flugleistungen toppte. 25 Jahre später ein weiterer Quantensprung: Die Freunde des motorlosen Fliegens grübelten, wie sie aus ihren „geflügelten Schneewittchensärgen“ noch mehr Eleganz herausholen könnten. Dabei ließen sie sich mutig auf die nächste Faserrevolution ein, Kohlenstoff, kurz CFK.

 

Seit Neuestem folgen ihnen auch Airbus und Boeing. „Wir sind der kommerziellen Luftfahrt stets um Jahrzehnte voraus“, freut sich Profisegelflieger Holighaus. Der CFK-Einsatz gilt seit Einführung der Düsentriebwerke vor 50 Jahren als größte Neuerung im kommerziellen Luftverkehr. Der im Herbst 2011 in Dienst gestellte Boeing Dreamliner speckt damit ein Fünftel seines Gewichts ab und fährt seinen Kerosin-Durst herunter. Die 300 Passagiere dürfen sich in diesem „Traumschiff der Lüfte“ aus Kunststoff in Sicherheit wiegen.

 

„Plaste und Elaste“, im Trabi noch verspottet, ist den Kinderschuhen entwachsen. Segelflieger beweisen in harter Praxis, dass es in allen modernen Variationen den extremen Anforderungen im Flug absolut standhält. Unterdessen haben sie schon den nächsten Hightech-Stoff im Visier: Dyneema, eine Kunstfaser, die zäher als das schusssichere Kevlar und stabiler als Kohlefaser ist. Mit ihr entstehen ultraleichte und ultrafeste Cockpits, die sogar eine Bruchlandung verkraften können. Der Clou: Bei Minusgraden nimmt die Belastbarkeit dieser Wunderfaser weiter zu. Ihr Einsatz im Liniendienst ließe Verkehrsflugzeuge enorm effizient und robust werden.

 

Der Traum vom flexiblen Flügel

 

Dyneema könnte helfen, die großen Airliner mit sogenannten Laminarflügeln auszurüsten, sagen die Segelflieger. Auf diesem Gebiet sind sie Experten. Der Kunststoffsegler fs 24 Phönix war bereits mit dieser Art von Flügeln ausgestattet. Deren Profile sind ebenso glatt wie dünn, was der Luft erlaubt, ohne Turbulenzen vorbeizuströmen. Das minimiert Reibung und spart Energie. Die Tragflächen großer Maschinen so zu konstruieren, dass sie laminar umströmt werden, ist ungleich schwerer. Angespornt vom Vorbild Segelflug, wollen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) dieses Problem meistern. Die Technik heißt Grenzschichtabsaugung. Durch winzige Öffnungen im Flügel saugt eine Pumpe die unterste Ebene der turbulenten Grenzschicht ab. „Bis das richtig funktioniert, dürfte noch viel Wasser den Rhein hinunterströmen“, glaubt Loek Boermans, Aerodynamik-Spezialist an der TU Delft und leidenschaftlicher Segelflieger. Seit Jahren arbeitet er ebenfalls an der Technik. Nicht ganz uneigennützig, wie er offen einräumt: Mit Grenzschichtabsaugung auch in Segelflugzeugen will er seinem Sport ein neues Leistungsfenster öffnen.

 

Einen weiteren Innovationsschub gestatten adaptive Flügel. Dabei passt sich die Flügelform dem jeweiligen Flugzustand an. Auch hierbei geht der Segelflug mit gutem Beispiel voran. Seit Langem weisen viele Modelle Wölbklappen an der Flügelhinterkante auf. Die sind auch bei Flugzeugen zu beobachten.

Beim Landen spreizen sie sich nach unten ab. Das ist aerodynamisch allerdings wenig sinnvoll. Die großen Luftspalte erzeugen Turbulenzen und Widerstände. Düsenflieger und Segler träumen von flexiblen Flügeln aus einem Stück, nahtlos und ohne Spalten. Sie beständen aus intelligenten Verbundwerkstoffe, die sich automatisch dem jeweiligen Lastzustand anpassen. Eine Elektronik bringt die Tragflächen in die jeweils optimale Form.

 

Knatternde Segler sind nicht beliebt

 

Der Wettlauf ist noch unentschieden, aber vielleicht gehen die Segelflieger erneut als Erste durchs Ziel. Die Grundlagen der neuen Flügeltechnologie existieren bereits. In Kleinflugzeugen ist sie viel leichter und mit weniger Risiko einzusetzen als in den tonnenschweren Riesen. Ohne die vielen Anstöße durch den Segelflug wäre die Luftfahrt nicht so weit. Das gilt auch für die neuen, umweltfreundlichen Antriebe mit Solar-, Brennstoffzellen- oder Akkutechniken. Entwicklungslabor und Versuchsfeld dafür ist der Segelflug. Dessen Motorisierung begann mit sogenannten Rucksackantrieben. Das sind ausklappbare Motoren, unauffällig im Rumpf untergebracht. Die Piloten fahren sie zum Starten oder in Luftlöchern aus. Anfangs waren dies, zum großen Missfallen vieler Freunde des lautlosen Schwebens, knatternde Verbrennungsmotoren. Das schaffte erheblichen Innovationsdruck. Lange bevor Elektroantriebe von sich Reden machten, rüsteten die Segelflieger auf elektrische Hilfsantriebe um – leise und umweltschonend, passend zum Image der Segelfliegerei. In den letzten Jahren wurden die Segler dann immer mehr zu fliegenden Experimentalstationen für neue Antriebstechnik in der Luft.

 

Wer segelt, hat mehr vom Jet

 

Vor vier Jahren erfolgte der erste große Schritt: Ein Segler wurde mit einem Brennstoffzellenantrieb ausgestattet. Er wandelt Wasserstoff in Strom um und treibt damit einen Elektromotor an. Die Antares DLR-H2 arbeitet mittlerweile so verlässlich, dass sie bald ihren transatlantischen Jungfernflug antreten und beweisen soll: Brennstoffzellen vermögen Flugzeuge über die Weltmeere zu tragen, über weite Strecken im Gleit- und Schwebeflug.

 

So funktioniert auch die Solar Impulse des Schweizers Bertrand Piccard mit einer Spannweite von über 60 Metern. Das garantiert beste Segeleigenschaften und schafft viel Fläche für die Photovoltaik. Leistungsstarke Batterien speichern deren Strom. Tagsüber schraubt sich der Segler, auf Thermik und Aufwinden surfend, hoch, nachts zieht es ihn zum Boden zurück. Wird der Abstand zu gering, springen die Motoren an.

 

Einen anderen Meilenstein für das Flugzeug der Zukunft setzte die Universität Stuttgart. Der e-Genius ist ein zweisitziges Segelflugzeug mit Elektroantrieb. Der große, sich langsam drehende Propeller ist im Heck untergebracht. Die Position steigert seinen Wirkungsgrad um 20 Prozent. Von den Testflügen versprechen sich große Flugzeugbauer wertvolle Erkenntnisse über den Betrieb von Elektroflugzeugen. „Wir schauen in die ferne Zukunft“, sagt Nikolai Kresse von Airbus. Dann könnte statt zwei Triebwerken unter den Flügeln

ein einzelnes im Heck genügen.

 

Der Segelflug ist und bleibt die hohe Schule der Luftfahrt. Im Flugtraining ist er Simulatoren weit überlegen. Um bei Gefahr im Hightech-Cockpit instinktsicher reagieren zu können, tauschen etliche Berufspiloten den Joystick ihrer Jets regelmäßig gegen den Steuerknüppel eines Seglers. „Segelfliegende Berufspiloten haben ein deutlich besseres Bild von Wettervorgängen sowie ein besseres Gespür für die Bewegung in der Luft“, erklärt Luftsegel-Profi Klaus Ohlmann.

Die Flugkapitäne sind im Notfall routinierter. Das kann Leben retten, wie die spektakuläre Notlandung eines vollbesetzten Airbus im Winter 2009 auf dem New Yorker Hudson zeigte. Pilot Chesley B. Sullenberger ist erfahrener Segelflieger.



Der Beitrag erschien im November 2012 in: Wunderwelt Wissen

© 2011 Daniel Hautmann