Seit wann gibt es Flugzeuge mit geschränktem Tragflügel?

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wilco

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Wer kennt sich in der Historie des Flugzeugbaus aus?

Wenn ich mir Fotos aus den zwanziger Jahren und älter ansehe, fällt mir auf, daß die Flügelgeometrien von damals sehr rechtwinklig und sehr unverwunden wirken. Ganz deutlich scheint das noch auf so berühmte Flugzeuge wie Charles Lindberghs "Spirit of St. Louis" oder auf die Do X zuzutreffen.

Wann ist man wohl darauf gekommen, daß es vorteilhaft ist, die Flügel geometrisch zu schränken?
 
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HoHun

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Wann ist man wohl darauf gekommen, daß es vorteilhaft ist, die Flügel geometrisch zu schränken?
Sicher schon sehr früh, aber wann genau, würde mich auch interessieren.

Hier eine Zeichnung der Pfalz D.III aus dem 1. Weltkrieg, in der Angaben zur geometrischen Schränkung enthalten sind:

File:Pfalz D.III dwg.jpg - Wikimedia Commons

Tschüs!

Henning (HoHun)
 

Acanthurus

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Die Gebrüder Wright hatte bei ihren Segler schon die Flügel geometrisch geschränkt. Als Querruderersatz allerdings.
Brüder Wright – Wikipedia
 

wilco

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Die Gebrüder Wright hatte bei ihren Segler schon die Flügel geometrisch geschränkt. Als Querruderersatz allerdings.
Beinahe richtig! Nur damit es jetzt nicht mißverstanden wird, stelle ich den Unterschied nochmal möglichst deutlich heraus (sind ja nicht alles Flieger hier):

Was die Brüder Wright gemacht haben, war eine Verwindung der gesamten Tragfläche, von einer Spitze bis zur anderen. Wenn sich ein Flügelende negativ verdrehte, wurde das andere Flügelende positiv. Damit konnten sie die Schräglage und damit den Kurvenflug steuern resp. das Flugzeug auf geradem Kurs halten.

Die hier angefragte Schränkung dagegen betrifft jeden Flügel einzeln, also den ansteigenden Einstellwinkel vom Flügelende zur Flügelwurzel. Dieser Anstieg wird beim Bau des Flügels fixiert und ist danach nicht weiter beeinflußbar.

Daß die Schränkung schon bei Flugzeugen im ersten Weltkrieg (1917, Pfalz D.III, s.o.) angewandt wurde, hätte ich übrigens nicht vermutet.
 
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Gruenes-Herz

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Hatten nicht Igo Etrichs Gleiter geschränkte Tragflächen, sowie dann seine Taube auch?

gruss Andreas
 
Intrepid

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Wenn ich mir die Tragflächen einer Socata TB 9, 10 oder 20 anschaue, dann produzieren die 100 Meter Tragfläche und sägen sie anschließend in passende Stücke. Da erkenne ich keine Schränkung. Das mit der Schränkung scheint nicht nur ein Erkenntnisproblem zu sein sondern auch eine Profit-Entscheidung: ohne Schränkung kann man Tragflächen viel kostengünstiger herstellen.
 
JohnSilver

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Einer der ersten, wenn nicht der erste, der das Prinzip konsequent anwandte, war der Flugzeugpionier John William Dunne bei seinen Nurflügelflugzeugen.
Schon sein erster motorisierter Entwurf Dunne D.4 von 1908 (!) hatte geschränkte Tragflächen, vermutlich die vorher gebauten Gleiter auch schon.

All Dunne's tailless aircraft had swept wings with marked washout (reduction of angle of incidence) at the tips.
Quelle

Washout ist der englische Ausdruck für Schränkung.

Hier mal ein Bild der Dunne D.5 von 1910, eine Weiterentwicklung der D.4. Die Schränkung ist sehr gut zu erkennen.

Quelle

 
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wilco

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Wenn ich mir die Tragflächen einer Socata TB 9, 10 oder 20 anschaue, dann produzieren die 100 Meter Tragfläche und sägen sie anschließend in passende Stücke. Da erkenne ich keine Schränkung.
Könnte man fast so glauben :)

Aber gerade beim Rechteckflügel ist die Schränkung am nötigsten, um trotz Rechteck-Grundriß eine elliptische Auftriebsverteilung zu bekommen. Deshalb kann man ziemlich sicher sein, daß die eine Schränkung haben.

Die Geschichte mit dem verzögerten Stömungsabriß am Außenflügel ist nämlich ein Nebeneffekt, der nur im Anfängerunterricht an die erste Stelle gerückt wird.

Im Haupteffekt geht es bei der Schränkung darum, einem günstig zu produzierenden Rechteckflügel eine elliptische Auftriebsverteilung zu verschaffen um damit eine Menge induzierten Widerstand zu sparen.
 
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wilco

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Einer der ersten, wenn nicht der erste, der das Prinzip konsequent anwandte, war der Flugzeugpionier John William Dunne bei seinen Nurflügelflugzeugen.
Das mußte er ja machen, um ohne Höhenflosse Stabilität um die Querachse zu bekommen. Nurflügler brauchen entweder ein S-Schlag-Profil oder, wenn sie gepfeilt sind, eine deutliche Schränkung.

Ansonsten für die Zeit ein erstaunlich fortschrittlich wirkender Entwurf.
 
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_Michael

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Wenn ich mir die Tragflächen einer Socata TB 9, 10 oder 20 anschaue, dann produzieren die 100 Meter Tragfläche und sägen sie anschließend in passende Stücke. Da erkenne ich keine Schränkung. Das mit der Schränkung scheint nicht nur ein Erkenntnisproblem zu sein sondern auch eine Profit-Entscheidung: ohne Schränkung kann man Tragflächen viel kostengünstiger herstellen.
Es müssen ja auch noch Querruder, Klappen, Flügelspitzen, Verbindung zum Rumpf, Elektronik und Mechanik, Tanks, usw. berücksichtigt werden. Selbst eine perfekt gerade, ungeschränkte Tragfläche ist also nicht gleichförmig entlang ihrer Längsrichtung herzustellen. Ob der Verzicht auf Schränkung wirklich Kosten spart, würde ich deshalb eher bezweifeln.
 
JohnSilver

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Das mußte er ja machen, um ohne Höhenflosse Stabilität um die Querachse zu bekommen...
Immerhin hat er damit aber bereits weniger als 5 Jahre nach dem ersten erfolgreichen Motorflug (oder 7, wenn man Gustav Weißkopf als Referenz nimmt) das Prinzip der Flügelschränkung verstanden, was ja auch nicht selbstverständlich ist.
 

wilco

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Absolut! Ich bin überhaupt erstaunt, wie früh diese Leute schon den Durchblick hatten. Hätte ich so nicht vermutet.

Trotzdem - wenn ich mir die Do X so ansehe...
 
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bodo

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Wenn ich mir die Tragflächen einer Socata TB 9, 10 oder 20 anschaue, dann produzieren die 100 Meter Tragfläche und sägen sie anschließend in passende Stücke. Da erkenne ich keine Schränkung. Das mit der Schränkung scheint nicht nur ein Erkenntnisproblem zu sein sondern auch eine Profit-Entscheidung: ohne Schränkung kann man Tragflächen viel kostengünstiger herstellen.
Man kann ja auch aerodynamisch schränken, indem man zum Flügenende hin ein anderes Profil verwendet. Das sieht man nicht unbedingt so gut.
 
Intrepid

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Man kann ja auch aerodynamisch schränken, indem man zum Flügenende hin ein anderes Profil verwendet. Das sieht man nicht unbedingt so gut.
Die Tragflächen machen für mich den Eindruck, weder aerodynamisch noch geometrisch geschränkt zu sein. Und die Flugzeuge haben relativ zur Leistung schlechte Werte, was ja zur einfachen Flügelgeometrie passt. Bei anderen Flugzeugtypen ist das anders, da kann man dem Schüler sogar die Schränkung zeigen.

Aber Du hast recht, es könnte auch eine verborgene Schränkung vorliegen, die so einfach mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen ist. Deswegen habe ich das hier geschrieben und warte auf Ansichten derer, die sich das selber auch schon bei Socata-Flugzeugen angeschaut haben.
 
Schorsch

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Waren denn die Flugzeuge des 2. WK mit verwundenen/geschränkten Flügels ausgestattet?
Ich kenne dies vor allem auch von den gepfeilten Flügeln, um hässliche Tip Stalls zu vermeiden und die Rollsteuerung am Leben zu halten.
 
HoHun

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Waren denn die Flugzeuge des 2. WK mit verwundenen/geschränkten Flügels ausgestattet?
Ja, meinem Eindruck nach war die bevorzugte Auslegung, auch wenn man nur selten konkrete Informationen darüber liest. Nach einem Artikel von David Lednicer hatte die Spitfire hatte eine gleichmäßige Schränkung von 2 Grad von der Wurzel bis zur Spitze, die Fw 190 hatte eine unverschränkte Flügelwurzel und erst ab einer bestimmten Distanz außenbords eine Verschränkung von ebenfalls 2 Grad zur Spitze. Die Me 109 dagegen hatte eine unverschränkten Flügel, aber dafür hatte sie eben automatisch ausfahrende Vorflügel, die ihr auf andere Weise gute (oder sogar überlegene) Eigenschaften im Flug nah am Strömungsabriß verliehen.

Tschüs!

Henning (HoHun)
 
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Die Me 109 dagegen hatte eine unverschränkten Flügel, aber dafür hatte sie eben automatisch ausfahrende Vorflügel,
die ihr auf andere Weise gute (oder sogar überlegene) Eigenschaften im Flug nah am Strömungsabriß verliehen.
Dazu gibt es auch andere Meinungen. Eric Brown z.B. hält die automatisch ausfahrende Vorflügel für einen
der Hauptschwachpunkte der Bf 109. Da die Vorflügel nicht gekoppelt sind, fahren sie ungleichmäßig aus
und erzeugen so unkontrollierbare Rollmomente.
 
HoHun

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Dazu gibt es auch andere Meinungen. Eric Brown z.B. hält die automatisch ausfahrende Vorflügel für einen
der Hauptschwachpunkte der Bf 109. Da die Vorflügel nicht gekoppelt sind, fahren sie ungleichmäßig aus
und erzeugen so unkontrollierbare Rollmomente.
Ja, man liest auch immer mal etwas schlechtes über die Vorflügel. Ich halte das aber alles nicht für sehr tragfähig, oder zumindest nicht für schwerwiegend.

Eric Brown schreibt: "Die hohen Höhenruderkräfte waren vielleicht eine Notwendigkeit angesichts der großen Flächenbelastung der Bf 109G, da eine übertriebene Anwendung der Höhenrudersteuerung in Flugmanövern leicht zum Ausfahren der Vorflügel führte, was wiederrum Querruderzucken herbeiführte und das Anvisieren jedes angegriffenen Flugzeuges durchkreuzte."

(Aus "Wings of the Luftwaffe", meine Übersetzung)

Das ist also nur ein vorübergehender Moment im Flug mit schnell veränderlichem Auftriebsbeiwert ... eine Flugsituation, in der die Trefferchancen ohnehin ausgesprochen schlecht sind.

Eric Brown erwähnt ergänzend, daß bei Scheinangriffen, die die RAF mit der Beutemaschine auf eine Lancaster geflogen hat, die Vorflügel in der Wirbelschleppe hinter dem Bomber ein- und ausfuhren, weil wiederum von Querruderzucken begleitet war, so daß genaues Zielen nicht möglich war. Das klingt, als seien die Vorflügel von Nachteil, aber natürlich fliegt in der Wirbelschleppe hinter einem Bomber auch jedes andere Flugzeug nicht schnurgeradeaus. Um Browns Kommentar ein bißchen ins Verhältnis zu setzen: Ich meine, es war Douglas Bader, der sich während der Luftschlacht um England aus dem Steigflug hinter einer He 111 eingereiht hat, in die Wirbelschleppe geraten ist und dann erstmal ein paar tausend Fuß durch Trudeln verloren hat. Im Luftwaffe-Lehrbuch "Des Jägers Schießfibel" findet man dazu den Reim "Entflieh dem Mief! - und fliege lieber/ein wenig drunter oder drüber". (Horrido - Des Jaegers Schiessfibel : Oberkommando der Luftwaffe : Free Download, Borrow, and Streaming : Internet Archive - Seite 17 ... schön illustriert mit Comicflugzeug, das sich mit grob ausgeschlagenen Steuerflächen in der Wirbelschleppe zu halten versucht :-)

Das "unkontrollierte Rollen" bei asymmetrisch ausgefahrenen Vorflügeln stellt man sich auch leicht dramatisch vor. Wenn man aber Luft-Luft-Aufnahmen zum Beispiel der "Schwarzen 6" ansieht, dann liegt die Maschine manchmal schön schräg im Blickfeld des Fotografen, Seitenruder deutlich ausgeschlagen, ein Vorflügel draußen, einer drinnen. Völlig harmlos - wenn unkontrolliertes Rollen drohen würde, wäre ja die Kamera-Maschine in höchster Gefahr, von der außer Kontrolle geratenen Messerschmitt gerammt zu werden. Das riskiert unter Profis natürlich keiner.

Auch bei Flugvorführungen kann man beobachten, daß die Messerschmitt in manchen Momenten nur einen Vorflügel draußen hat, während sie gleichmäßig und elegant ihre Manöver fliegt. Das einseitige Ausfahren wird ja durch einen asymmetrischen Luftstrom bewirkt und erzeugt eine ausgleichende Asymmetrie des Flugwerks.

Im französischen Vergleichstest einer Me 109E gegen eine Dewoitine 520 hat sich herausgestellt, daß beide Maschinen sehr ähnliche Kurvenflugleistungen hatten, die Me 109 aber wegen der Vorflügel im Grenzbereich sehr gut beherrschbar war und durch Querruderschütteln dem Piloten das drohende Abkippen signalierte, während der Dewoitine-Pilot beim Überziehen einfach ohne Warnung aus der Kurve fiel (was bei den Tests zweimal passierte). Auch in britischen Scheinluftkämpfen mit einer erbeuteten Me 109 gegen (teils kampferprobte) Einsatzpiloten in Spitfires - die wirklich deutlich enger kurven können - stellte sich heraus, daß die englischen Piloten in der Me 109 teils ihre Kameraden in den Spitfires auskurven konnten, weil die Spitfire-Piloten sich aus Angst vor dem Abkippen aus der Kurve nicht weit genug in den Grenzbereich vorwagten, während man aus der Me 109 problemlos die beste Kurvenleistung herausholen konnte.

Wie jede Technologie haben auch Vorflügel Vor- und Nachteile. Nach dem 2. Weltkrieg waren sie im Jagdflugzeugbau eigentlich ziemlich beliebt, aber es gab mehrere Muster, bei dem man sowohl Versionen mit als auch welche ohne hergestellt hat (z. B. F-86, A-4, F-4, glaube ich). Es lohnt sich also auf jeden Fall, sich darüber Gedanken zu machen :-)

Der geschränkte Tragflügel hat ja auch einen wichtigen Vorteil, nämlich die ununterbrochen glatte Beplankung im Flügelnasenbereich, die im Schnellflug natürlich strömungsgünstig ist ...

Tschüs!

Henning (HoHun)
 
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Ich kann mich an einen Bericht erinnern, in dem beschrieben wurde, dass einige deutsche Asse - also Piloten, die die Maschine wirklich beherrschten - die automatischen Vorflügel an der 109 stilllegen ließen, um ein teilweise wohl unerwünschtes automatisches Ausfahren auszuschließen.

Leider habe ich aber nicht mehr parat, wo das stand und auf welche Piloten sich das bezog.
Ich meine aber, u.a. Galland hat das auch gemacht.
 
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