Nurflügel

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Der derzeit bekannteste Vertreter dieser Bauart – die Northrop B-2
Horten H III f
Die YB-35
Die YB-49

Ein Nurflügel, auch Nurflügelflugzeug oder Nurflügler ist die Bezeichnung für Flugzeuge mit einer speziellen konstruktiven Auslegung, bei denen auf ein gesondertes abgesetztes Höhenleitwerk und auf Seitenleitwerke verzichtet wird. Statt eines konventionellen Röhren- oder Rechteckrumpfquerschnitts weisen Nurflügler außerdem einen fließenden Übergang zwischen Rumpf und Tragflächen auf. Diese konstruktive Auslegung wird auch „reiner“ Nurflügler genannt.[1]

„Reine“ Nurflügel stellen eine Untergruppe der schwanzlosen Flugzeuge dar. „Schwanzlose“ unterscheiden sich von konventionellen Flugzeugen nur durch das Fehlen eines abgesetzten Höhenleitwerks, wobei ein abgesetzter Rumpf und ein konventionelles Seitenleitwerk vorhanden sein können. Z. B. sind Deltaflügler sehr oft als „Schwanzlose“ ausgelegt. Die Unterscheidung zwischen Schwanzlosen und Nurflügeln ist jedoch nicht scharf abgrenzbar; oft werden beide Bezeichnungen auch synonym eingesetzt.[2][3]

Ursprung und Pioniere[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Österreicher Ignaz „Igo“ Etrich entwickelte im Jahre 1903 den ersten Nurflügel nach dem Vorbild des Flugsamens von Zanonia macrocarpa und bekam 1905 ein Patent darauf. 1910 wurde das Junkers Nurflügelpatent von Hugo Junkers angemeldet.

Vor dem ersten Weltkrieg flogen Nurflügel von René Arnoux (fliegendes Brett) und John William Dunne (Pfeilflügel-Dunnetyp) teilweise schon recht erfolgreich. Beim Rhönwettbewerb 1921 war es das Nurflügel-Segelflugzeug Weltensegler, das wahrscheinlich bei seinem einzigen Flug, den ersten über einen reinen Gleitflug hinausgehenden Segelflug unternommen hat.

Weitergeführt wurde die Nurflügel-Idee in der Folgezeit in Deutschland sowohl von Alexander Lippisch, den Gebrüdern Horten, in den USA von Jack Northrop,[4] in Russland von Boris Iwanowitsch Tscheranowski, in Frankreich von Charles Fauvel und in Großbritannien von Geoffrey T.R. Hill, der Handley Page Aircraft Company und Alliott Verdon Roe.[5] Während des Zweiten Weltkrieges erfuhr die Entwicklung schwanzloser Typen in Deutschland und in den USA eine deutliche Weiterentwicklung, was zum Beispiel zur Me 163 und der Northrop N-9M führte.

Direkt nach Kriegsende griffen die Siegermächte diese Konzepte auf und es entstanden so die De Havilland DH 108, die Northrop X-4, die Chance Vought F7U Cutlass. Auch die Northrop YB-35 sowie deren Weiterentwicklung Northrop YB-49 flogen erst nach Kriegsende. Bei Armstrong Whitworth entstand das Versuchsflugzeug A.W.52. Dennoch wurde der reine Nurflügel bis zur Einführung der Northrop B-2 niemals wirklich serienreif.

Nach dem Zweiten Weltkrieg gab es auch zwei Hersteller von Nurflügel-Segelflugzeugen in Brett- Auslegung, namentlich die Firma Survol von Charles Fauvel und die als Baukasten gelieferten Segler der „Pioneer-Serie“ des US-Amerikaners Jim Marske (Marske Aircraft bzw. heute (2017) Kollman Composites). Allerdings konnte sich das Nurflügelkonzept nur bei den gewichtsgesteuerten Hängegleitern restlos durchsetzen.

Konstruktive Ausführungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Man unterscheidet drei Konstruktionsansätze:

Rückwärts gepfeilte Nurflügel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Nurflügel ohne vertikale Stabilisierungsflächen und einer starken Pfeilung

Nurflügel nach den Gebrüdern Horten haben keine senkrechten Flächen und erzeugt die Stabilität um Hoch- und Querachse durch eine glockenförmige Verteilung der Auftriebskraft und einer starken Pfeilung. Die Glockenauftriebsverteilung soll dabei zur Kompensierung des negativen Wendemomentes dienen. In der Literatur wird jedoch die Ansicht, dass nur durch die Glocken-Auftriebsverteilung günstige Flugeigenschaften bei schwanzlosen Flugzeugen erzielt werden können, als ein Mythos eingeschätzt.[6] Zum einen waren alle Horten-Nurflügel trotzdem mit einem negativen Wendemoment behaftet und darüber hinaus hat die Glockenverteilung den großen Nachteil, dass sie einen beträchtlichen zusätzlichen induzierten Widerstand verursacht.[7]

Nurflügel nach dem Konzept von Northrop haben keine glockenförmige, sondern eine möglichst elliptische Auftriebsverteilung und arbeiten mit einseitig widerstandserhöhenden Spreizklappen an den Flügelenden.

  • Gepfeilte Nurflügel mit elliptischer Auftriebsverteilung und zusätzlichen vertikalen Stabilisierungsflächen an den Flügelspitzen (z.B. Armstrong Withworth A.W.52)
  • Erzeugung von vertikaler Stabilisierungsfläche durch räumliche Geometrie wie z.B. nach unten abgewinkelte Flügelspitzen (z.B. Dunne D5, Weltensegler, DFS 39, DFS 40 oder Boeing Bird of Prey).

Ungepfeilte oder minimal vorwärts gepfeilte Nurflügel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Brett-Nurflügel erzeugt seine Längsstabilität durch besondere, stabilfliegende Flügelprofile (S-Schlag-Profil), die bei der Auftriebserzeugung kein Drehmoment um die Querachse erfahren, das bei konventionellen Flugzeugen durch das Höhenleitwerk kompensiert werden muss. Die Stabilität um die Gierachse wird meistens durch ein Seitenleitwerk an einem Heckausleger oder an den Flügelhinterkanten gewährleistet (Z. B. Fauvel AV.22 oder AV.36)

Vorwärts gepfeilte Nurflügel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Dieses Konzept wurde bisher nur sehr selten genutzt, da es eine Vielzahl von zusätzlichen Problemen in sich birgt und in jedem Fall ein übergroßes Seitenleitwerk erfordert (Z. B. Cornelius XFG-1).

Vorteile[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Vergleich zu konventionellen Flugzeugen – bei denen lediglich die Tragflächen und nicht der gesamte Flugzeugcorpus für den Auftrieb sorgen – zeichnen sich Nurflügler durch ihre formspezifischen maximierten Auftriebseigenschaften aus. Aufgrund dessen wird die Leistung der Triebwerke wirtschaftlicher ausgenutzt.[8] Da im Gegensatz zu klassischen Flugzeugen die der Schwerkraft unterworfene Nutzlast nicht von den auftriebserzeugenden Flügeln getrennt ist, entstehen geringere Strukturkräfte. Somit kann das Flugzeug leichter konstruiert werden. Bei Militärflugzeugen ist das geringere Radarprofil ausschlaggebend.

Nachteile[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Nachteile eines Nurflügels liegen in der geringeren Auftriebsleistung im Langsamflug, bedingt durch die an der Flügelhinterkante angebrachten Höhenruder, die das Profil bei zunehmendem Anstellwinkel zusehends „entwölben“. Aus diesem Grund ist auch der Einsatz herkömmlicher Hochauftriebshilfen (Z. B. Wölbklappen, Fowlerklappen) beim Nurflügel nur sehr bedingt möglich.

Des Weiteren ist die Flugstabilität bei der Konstruktion von schwanzlosen Fluggeräten ein weitaus schwieriger zu lösendes Problem als bei konventionellen Entwürfen. Die notwendige aerodynamische Stabilisierung um die Querachse kann nicht durch das am langen Hebelarm liegende Höhenleitwerk erreicht werden, sondern muss hier durch den Flügel selbst erbracht werden. Dies erfordert entweder eine spezielle Flügelgeometrie, oder eine gezielte Schränkung, und/oder eine momentenfreie Profilierung, die unter Umständen in weiten Teilen des Geschwindigkeitsbereiches einen höheren Luftwiderstand des Flügels hervorruft. Andererseits wird durch den fehlenden Rumpf der Luftwiderstand geringer, sodass für bestimmte Anforderungen (z.B. Reiseflug bei hoher Unterschallgeschwindigkeit mit geringem Auftriebsbeiwert) ein Nurflügel-Flugzeug auch aerodynamisch deutlich günstiger sein kann.

Durch ihre geometrischen Eigenschaften bedingt, befindet sich bei reinen Nurflüglern der Schwerpunkt teilweise nur knapp vor dem Neutralpunkt. Somit besteht die Gefahr, dass sich der Nurflügler, beispielsweise bei einem Strömungsabriss, nicht etwa durch ein von der Eigengewichtsverteilung verursachtes Abkippen der Rumpfnase selbst stabilisiert, sondern sich „aufschaukelt“ und unbeherrschbar wird. Andererseits wird richtig ausgelegten Schwanzlosen bei sicherer Schwerpunktlage eine sehr gutmütiges Überziehverhalten attestiert (Z. B. Me 163 oder Horten H III). Dies ist auch einer der Gründe, warum Nurflügelkonstruktionen bei Modellfliegern sehr beliebt sind.

Für einen Nurflügler, der in großer Höhe fliegen soll, ergibt sich zusätzlich das Problem der Druckbelüftung der Flugzeugkabine. Bei konventionellen Flugzeugen mit annähernd kreisförmigem Querschnitt wird die Struktur fast gleichmäßig belastet. Die Flugzeugkabine eines Nurflüglers weicht jedoch stark von der idealen Form des Kreises ab (sie gleicht einer langgestreckten Ellipse oder einem Rechteck). Die dadurch bedingte höhere Strukturbelastung muss durch zusätzliches Material versteift und somit einem höheren Gewicht ausgeglichen werden.

Bei gepfeilten Nurflüglern tritt ein Problem auf, das die Gebrüder HortenMitteneffekt“ (heute besser als Pfeilungseffekt bezeichnet) nannten. Durch das Abfließen der Strömung in Spannweitenrichtung erbringt der Mittelflügel nicht den Auftriebsbeiwert wie der Rest der Tragfläche. Nachdem die Gebrüder Horten dies erkannt hatten, kompensierten sie dies durch einen deutlich vertieften Mittelflügel bei gleichzeitiger Entpfeilung der sog. t/4-Linie, was zu dem charakteristischen „Hortenschwänzchen“ führte, wie es z. B bei der H IV oder noch ausgeprägter bei der Ho 229 zu erkennen ist.

Militärisch genutzte Nurflügel verzichten oftmals vollständig auf vertikale Leitflächen wie Seitenleitwerke oder Winglets, um so durch das Vermeiden rechter Winkel Radarreflexionen zu minimieren. Die Stabilisierung dieser Flugzeuge erfolgt dann neben der, durch die Flügelpfeilung ohnehin schon vorhandenen Stabilität um die Hochachse, durch einseitig an den Flügelspitzen den Widerstand erhöhende Klappensysteme (horizontale Spreizklappen oder Spoiler).

Verbreitung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Starrer Hängegleiter
Ein moderner Nurflügler aus dem Flugmodellbau mit rückgepfeilten Tragflächen und Winglets an den Enden der Tragflächen für die Stabilität um die Gierachse

Im Vergleich zu konventionellen Flugzeugen mit Leitwerk gibt es von den reinen Nurflügeln nur wenige Baumuster:

Boeing plant nach den Erfahrungen der B-2 Spirit mit dem Projekt Blended Wing Body derzeit eine zivile Nutzung des Nurflügel-Systems für die Passagierluftfahrt. Ein verkleinerter Prototyp, die Boeing X-48, wurde bereits erfolgreich getestet. Das DLR erforscht in Zusammenarbeit mit Airbus die Realisierung eines Very Efficient Large Aircraft. Militärischen Einsatz findet der Konstruktionstyp des Nurflüglers derzeit bei Flugzeugen, die besonders auf ein geringes Radarecho hin konstruiert sind. Nurflügel findet man häufig im Flugmodellbau sowie bei fußstartfähigen Luftsportgeräten (flexible und starre Hängegleiter sowie Gleitflugzeuge).

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Rudolf Storck u. a.: Flying Wings. Die historische Entwicklung der Schwanzlosen- und Nurflügelflugzeuge der Welt. Bernard und Graefe, Bonn 2003, ISBN 3-7637-6242-6, Umfangreiche Typendokumentation mit Zeichnungen und Fotos.
  • Karl Nickel, Michael Wohlfahrt: Schwanzlose Flugzeuge. Ihre Auslegung und ihre Eigenschaften. Birkhäuser Verlag, Basel u. a. 1990, ISBN 3-7643-2502-X (Flugtechnische Reihe 3). Umfangreiches Lehrbuch, in dem alle Nurflügeltypen behandelt werden.
  • Reimar Horten, Peter F. Selinger: Nurflügel, Die Geschichte der Horten-Flugzeuge 1933–1960. 5. unveränderte Auflage. H. Weishaupt Verlag, Graz 1993, ISBN 3-900310-09-2. – Geschichte ihrer Entwicklung, reich bebildert, zahlreiche Typenskizzen.
  • Diplomarbeit zum Thema (PDF; 7,6 MB).
  • Robert Schweißgut: Wing-Tips. Selbstverlag Robert Schweißgut, Weissenbach/Tirol 2004. – Hier werden zahlreiche Nurflügelmodelle (Horten-, Pfeil- und Brettkonzepte) vorgestellt.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Wiktionary: Nurflügel – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Nurflügel – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. K. Nickel, M. Wohlfahrt, Schwanzlose Flugzeuge, S. 5
  2. K. Nickel, M. Wohlfahrt, Schwanzlose Flugzeuge, S. 1, 4 und 6
  3. Rudolf Storck, Flying Wings, S. 14
  4. Storck: Flying Wings, S. 372
  5. Egbert Torenbeek: From Tube and Wing to Flying Wing. S. 121–155 in: ebender: Advanced aircraft design – conceptual design, technology and optimization of subsonic civil airplanes. Wiley, Chichester 2013, ISBN 978-1-118-56811-8.
  6. K. Nickel, M. Wohlfahrt, Schwanzlose Flugzeuge, S. 553
  7. K. Nickel, M. Wohlfahrt, Schwanzlose Flugzeuge, S. 554
  8. Anatol Johansen: X-48 B: Boeing macht Hitlers Traum vom Nurflügler wahr. Welt Online, 15. Oktober 2010, abgerufen am 6. Mai 2017.