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Nurflügelflugzeug

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Nurflügel, auch Nurflügelflugzeug oder Nurflügler, ist die Bezeichnung für Flugzeuge mit einer speziellen konstruktiven Auslegung, bei denen auf ein gesondertes Höhenleitwerk und auch auf ein Seitenleitwerk verzichtet wird. Statt eines konventionellen Rumpfquerschnitts weisen Nurflügler häufig einen fließenden Übergang zwischen Rumpf und Tragflächen auf. Beim sogenannten „reinen Nurflügel“ befinden sich alle wichtigen Komponenten wie Antrieb, Treibstoff, Fracht und Besatzung innerhalb des Tragflügels.

„Reine“ Nurflügel stellen also eine Untergruppe der schwanzlosen Flugzeuge dar. Schwanzlose unterscheiden sich von konventionellen Flugzeugen durch das Fehlen eines abgesetzten Höhenleitwerks, wobei ein abgesetzter Rumpf und ein konventionelles Seitenleitwerk durchaus vorhanden sein können. Deltaflügler sind häufig als Schwanzlose ausgelegt.

Diskussion Schwanzlos vs. Nurflügel

Die Unterscheidung zwischen Schwanzlosen und Nurflügeln ist nicht scharf abgrenzbar; oft werden beide Bezeichnungen auch im deutschsprachigen Raum synonym eingesetzt. International heißen sie „Fliegende Flügel“ (englisch Flying Wing, französisch Ailes Volantes, spanisch Ala Volante etc.).

Eine klare Trennung scheint auch nicht sinnvoll, da dann die Northrop XB-35 ein Nurflügel, ihre Weiterentwicklung YB-49 mit vertikalen Stabilisierungsflossen dagegen lediglich schwanzlos gewesen wäre. Das gilt auch für die Verwendung von Winglets, die sowohl als Erweiterung der Flügelaerodynamik als auch als vertikale Stabilisierungsflächen betrachtet werden könnten.

Ähnliches gilt für die Abgrenzung des sogenannten Deltaflügels, da beispielsweise die Aerodynamik des ersten Deltaflügels „Delta I“ von Alexander Lippisch mit seiner relativ hohen Streckung eher der eines sogenannten Brettnurflügels entsprach als beispielsweise der einer Dassault Mirage oder Convair F-106 mit sehr geringer Streckung. Ein Beispiel für einen Delta-Nurflügel stellt das Projekt McDonnell Douglas/General Dynamics A-12 dar.

Nicht zuletzt erfordert der „reine Nurflügel“ eine gewisse Größe, damit wenigstens der Pilot im Flügel untergebracht werden kann. Insofern wären sogar die meisten Horten-Konstruktionen keine reinen Nurflügel gewesen.

Eine Übersicht der meisten schwanzlosen und Nurflügelflugzeuge befindet sich in der Liste von schwanzlosen Flugzeugen.

Ursprung und Pioniere

Das Konzept des Nurflügels wurde am 16. Februar 1876 geboren, als die französischen Ingenieure Alphonse Pénaud und das Patent für „ein Flugzeug oder Fluggerät“ einbrachten, das von zwei Propellern angetrieben wird und alle Eigenschaften eines Nurflügels, wie wir ihn heute kennen, aufweist. Erst mit dem Ende des Ersten Weltkriegs und dem Beginn der zivilen Luftfahrt gewann das Konzept an Dynamik.

Die ersten technischen Umsetzungen des Nurflügelgedankens gehen auf eine 1897 erschienene Veröffentlichung von Friedrich Ahlborn zurück, in der die stabilen Flugeigenschaften der Samen der Kletterpflanze Zanonia macrocarpa beschrieben werden. Der Österreicher Ignaz „Igo“ Etrich entwickelte im Jahre 1903 den ersten Nurflügel nach dem Vorbild dieses Flugsamens, bekam 1905 ein Patent darauf, und flog 1906 erstmals einen bemannten Gleiter mit dieser Tragflächenform. In England entwarf der Kunstmaler und Luftfahrtpionier José Weiss ebenfalls Gleiter nach diesem Prinzip.

1910 wurde ein Nurflügelpatent von Hugo Junkers angemeldet. Diese Patentschrift beinhaltet die Unterbringung von Motoren, Nutzlast und Treibstoff innerhalb der Tragfläche, beschreibt aber nicht den Verzicht auf ein separates Höhenleitwerk, was gemeinhin als Merkmal für alle schwanzlosen Flugzeuge gilt. Die Umsetzung der Junkers-Patentschrift erfolgte mit der Junkers G 38, die ein konventionelles Kastenleitwerk hatte.

Vor dem Ersten Weltkrieg flogen Nurflügel von René Arnoux (fliegendes Brett) und John William Dunne (Pfeilflügel) 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 von Alexander Lippisch, den Brüdern Horten, in der Schweiz von Alexander Leo Soldenhoff, in den USA von Jack Northrop, in der Sowjetunion von Boris Iwanowitsch Tscheranowski, in Frankreich von Charles Fauvel und in Großbritannien von Geoffrey T. R. Hill und der Handley Page Aircraft Company. Während des Zweiten Weltkriegs 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 sowie der Horten H IX führte.

Direkt nach dem Kriegsende griffen die Siegermächte diese Konzepte auf und es entstanden so die De Havilland DH.108 Swallow, die Northrop X-4, die Chance Vought F7U Cutlass. Auch die Northrop YB-35 sowie deren Weiterentwicklung Northrop YB-49 flogen erst nach dem 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 bzw. heute (2017) Kollman Composites. Allerdings konnte sich das Nurflügelkonzept nur bei den gewichtsgesteuerten Hängegleitern restlos durchsetzen.

Konstruktive Ausführungen

Man unterscheidet drei grundsätzliche Konstruktionsansätze:

1. Stark rückwärts gepfeilte Nurflügel

Eine der goldenen Regeln der Aerodynamik besagt, dass für einen stabilen Flug der vorausfliegende Teil der gesamten horizontalen Flächen einen höheren spezifischen Auftrieb liefern muss als der hinterherfliegende Teil. Darüber hinaus muss der Schwerpunkt für einen stabilen Flug vor dem aerodynamischen Neutralpunkt des Flugzeuges liegen. Dies wird beim Normalflugzeug, aber auch beim Tandem- oder Entenflugzeug durch einen höheren Anstellwinkel der jeweils vorausfliegenden Fläche bewerkstelligt. Beim gepfeilten Nurflügel wird dieser Effekt durch eine Verwindung des Flügels erzielt, der den Außenflügel mit geringeren Anstellwinkel fliegen lässt. Die rückwärts gepfeilten Nurflügel lassen sich wiederum in drei Untergruppen einteilen.

  • „Reine“ Nurflügel ohne vertikale Stabilisierungsflächen und einer mehr oder weniger starken Pfeilung und Schränkung des Flügels.

Nurflügel nach den Gebrüdern Horten haben keine senkrechten Flächen und erzeugen 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 wurde in den 1980ern und 1990ern jedoch die Ansicht, dass nur durch die Glocken-Auftriebsverteilung günstige Flugeigenschaften bei schwanzlosen Flugzeugen erzielt werden können, als ein Mythos eingeschätzt. Zum einen waren alle Horten-Nurflügel trotzdem mit einem negativen Wendemoment behaftet und darüber hinaus hat die Glockenverteilung nach Schulmeinung den großen Nachteil, dass sie einen beträchtlichen zusätzlichen induzierten Widerstand verursachen würde. Allerdings ist hier anzumerken, dass der für die optimale elliptische Auftriebsverteilung erforderliche Nullauftrieb an der Flügelspitze über den gesamten Arbeitsbereich nur dann zu erreichen ist wenn diese dimensionslos, also die Flügeltiefe Null ist (z. B. Dornier 228) oder die Flügelspitze fliegt immer mit 0° Anstellwinkel (Aero-Isoclinic-Wing). Zudem erhöhen Pfeilungseffekt und Winglets sogar noch die Auftriebsbelastung am Außenflügel. Insofern veröffentlichte Ludwig Prandtl bereits einige Jahre nach seiner Proklamation über die optimale elliptische Auftriebsverteilung (1920) eine weitere Einschätzung, welche besagte, dass eine optimale Auftriebsverteilung mit Nullauftrieb an der Flügelspitze eben nur durch eine glockenförmige Verteilung des Auftriebes möglich sei. Das seit 2015 laufende Projekt (Preliminary Research Aerodynamic Design to Lower Drag ‚Voruntersuchung für aerodynamisches Design zur Verringerung des Luftwiderstands‘) der NASA versucht zu zeigen, dass eine vollständige Kompensation des negativen Wendemoments durch geeignete Verwindung und Formgebung der Flügelspitzen und der Elevons eben doch möglich ist. Einen Sonderweg betrat Geoffrey T. R. Hill der die Flügelspitzen vollständig drehbar anbrachte wie bei einem Pendel-Höhenruder. Nurflügel nach dem Konzept von Northrop haben keine glockenförmige, sondern eine möglichst optimale elliptische Auftriebsverteilung und arbeiten mit einseitig widerstandserhöhenden Spreizklappen an den Flügelenden um das negative Wendemoment zu kompensieren bzw. eine Seitenruderwirkung zu erzielen. Allerdings kann die Auftriebsverteilung bedingt durch die große Tiefe des Randbogens und das Fehlen von Elevons am Außenflügel der XB 35 und YB 49 (dort waren die Spreiz-Seitenruder angebracht) niemals elliptisch gewesen sein.

  • Gepfeilte Nurflügel mit elliptischer Auftriebsverteilung und zusätzlichen vertikalen Stabilisierungsflächen oder Winglets an den Flügelspitzen (z. B. Armstrong Whitworth A.W.52 oder Akaflieg Braunschweig SB 13).

Hier wird eine Seitenruderwirkung erzielt, indem die Flügelenden sozusagen in die Senkrechte geklappt sind. Auch hier können (je nach Pfeilung) sowohl normale Klappen als auch widerstandserhöhende Spreizklappen angebaut sein. Betrachtet man die Winglets als in die Senkrechte geklappte Verlängerung der Spannweite, so kann hier anstellwinkelunabhängig Nullauftrieb erzeugt werden, welcher der Bildung von Randwirbeln entgegenwirkt. Andererseits bildet sich im Übergangsbereich von Flügel und Winglet sogar ein erhöhter (induzierter) Auftrieb, was wiederum Prandtls Theorie der elliptischen Auftriebsverteilung mit Nullauftrieb am Ende des Flügels widerspricht.

  • Erzeugung von vertikaler Stabilisierungsfläche durch räumliche Geometrie wie zum Beispiel nach unten abgewinkelte Flügelspitzen (z. B. Dunne D6, Weltensegler, DFS 39, DFS 40 oder Boeing Bird of Prey).

Bei dieser Variante des gepfeilten Nurflügels wirken die Querruder-Ausschläge der an den nach unten hängenden Flügelspitzen angebrachten Elevons zusätzlich wie ein sinnrichtiger Seitenruderausschlag. Im deutschsprachigen Raum hat sich für dieses Konzept die Bezeichnung „Weltensegler-Knick“ oder in jüngerer Zeit „M-V-Konzept“ eingebürgert.

2. Minimal rückgepfeilte Nurflügel, hoch gestreckte Deltaflügel sowie ungepfeilte und minimal vorwärts gepfeilte Nurflügel

Die Konstruktionen Lippisch Delta III, Mihail Stabiloplan IV oder Tscheranowski BITsch 8 konnten ihre Stabilität um die Querachse aufgrund des geringen Hebelarms des Außenflügels im Bezug auf den Schwerpunkt nicht durch eine Schränkung des Flügels erreichen, sondern bedurften eines eigenstabilen Flügelprofils. Damit gehören sie vom Prinzip her zu den Brettnurflügeln. Allerdings verbessert auch eine minimale Rückpfeilung bereits die Wirkung von Elevons.

Unter ungepfeilten Nurflügeln versteht man Flügel, bei denen die t/4-Linie (25 % der Profiltiefe) gerade verläuft (z. B. Fauvel AV.36). Ist dagegen die Flügelvorderkante gerade, ist die t/4-Linie leicht vorwärts gepfeilt (z. B. Marske Pioneer II). Der Brett-Nurflügel erzeugt seine Längsstabilität durch besondere, stabil fliegende Flügelprofile (S-Schlag-Profil), die bei der Auftriebserzeugung ein (positives) Drehmoment um die Querachse erzeugen, welches dem durch die Schwerpunktvorlage und das (negative) Profilmoment der Normalprofile erzeugten Abnicken der Flugzeugnase entgegenwirkt, was bei konventionellen Flugzeugen durch das Höhenleitwerk kompensiert werden muss. Die Stabilität um die Gierachse wird normalerweise durch ein Seitenleitwerk an einem mehr oder weniger rudimentärem Rumpf oder an den Flügelhinterkanten gewährleistet (z. B. Fauvel AV.22 oder AV.36). Die Stabilität um die Längsachse kann dagegen genau wie beim Normalflugzeug durch eine V-Form erreicht werden. Als bisherige Höhepunkte dieser Konzeption werden die Leichtflugzeuge „Facet Opal“ von Scott Winton, die Noin „Choucas“ und die letzte Entwicklung „Pioneer IV“ von Jim Marske betrachtet.

3. Vorwärts gepfeilte Nurflügel

Dieses Konzept wurde bisher nur sehr selten genutzt, da es eine Vielzahl von zusätzlichen Problemen (der vorwärts gepfeilte Flügel ist instabil um die Hochachse) in sich birgt und in jedem Fall ein übergroßes Seitenleitwerk erfordert (z. B. Cornelius XFG-1). Zudem muss der Flügel extrem torsionssteif ausgelegt werden, um eine stabile Fluglage zu gewährleisten. Aeroelastische Verformungen an den Flügelspitzen sind speziell beim vorwärts gepfeilten Nurflügel inakzeptabel.

Vorteile

Im Vergleich zu konventionellen Flugzeugen – bei denen lediglich die Tragflächen und nicht der gesamte Flugzeugkorpus für den Auftrieb sorgen – zeichnen sich Nurflügler durch ihre formspezifischen maximierten Auftriebseigenschaften aus. Aufgrund dessen wird die Leistung der Triebwerke wirtschaftlicher ausgenutzt. 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. Die für den Bau von Nurflügeln erforderlichen druckpunktfesten oder eigenstabilen Flügelprofile entsprechen in etwa den Profilen, die für den Schnellflug im Unterschallbereich optimiert sind und sind diesen etwa in dem Bereich zwischen bestem Gleiten und Schnellflug zumindest ebenbürtig.

Bei Militärflugzeugen ist zudem das geringere Radarprofil ausschlaggebend.

Bei einem stabil ausgelegten Nurflügel, egal ob in rückwärts gepfeilter oder ungepfeilter Ausführung ergibt sich – wenn Elevons verwendet werden – ein weiterer Vorteil:

Beim Einleiten einer Kurve ist (wie beim Normalflugzeug auch) zunächst ein Querruderausschlag nötig, um die gewünschte Schräglage einzunehmen. Dann muss das für den Kurvenflug erforderliche Mehr an Auftrieb durch einen Höhenruderausschlag erzeugt werden. Zusätzlich müssen das negative Wendemoment und der erhöhte Widerstand des (schnelleren) kurvenäußeren Flügels durch einen angemessenen Seitenruderausschlag kompensiert werden.

Bei richtig ausgelegten Elevons ergibt sich nun der Umstand, dass idealerweise das kurvenäußere Ruder in Nullstellung verbleibt, wohingegen das kurveninnere Ruder sehr stark nach oben ausschlägt, um die gewünschte Momente um die Längs- und Querachse zu erzeugen. Dies entspricht einem sehr stark differenzierten Querruderausschlag bei einem Normalflugzeug – ein Kunstgriff, der normalerweise als konstruktive Gegenmaßnahme gegen das negative Wendemoment angewandt wird. Verstärkt werden kann dieser Effekt noch, wenn die Elevons unterteilt werden und die Ausschläge unterschiedlich überlagert werden. Somit kann auf einen Seitenruderausschlag u. U. ganz verzichtet werden. Zudem ergibt sich für den kurveninneren Flügel noch der Vorteil von der Auftriebserzeugung weitgehend entlastet zu sein (Klappenschränkung). Dies wiederum macht ein Überziehen im Kurvenflug nahezu unmöglich. Ähnlich verhält es sich auch im Geradeausflug, wo dann für den Langsamflug beide Elevons nach oben ausgeschlagen sind. Vertikale Flächen dienen somit eher der Gierdämpfung als der Stabilisierung um die Hochachse.

Nachteile

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 Pfeil-Nurflügel nur sehr bedingt möglich. Eine momentenfreie Wölbklappe, die sich immerhin über ca. 60 % der Halbspannweite erstreckte, wurde allerdings 1989 bei dem Ultraleicht-Segler „Flair 30“ von Günther Rochelt erstmals erfolgreich verwirklicht und kommt auch beim Leichtsegler Aériane SWIFT (Swept Wing with Inboard Flap Trim) zum Einsatz.

Bei Brett-Nurflügeln sind auftriebserhöhende Klappen wegen ihrer Höhenruderwirkung sogar völlig unmöglich. Zudem ist eine optimale elliptische Auftriebsverteilung praktisch nur für eine Fluggeschwindigkeit möglich, es sei denn, es werden Elevons bzw. Trimmklappen (Flettner-Ruder) entlang der gesamten Flügelhinterkante verwendet oder es wird mit Schwerpunktverschiebung gearbeitet.

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 und das fehlende Höhenleitwerk 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.

Oft befindet sich bei reinen Nurflüglern der Schwerpunkt teilweise nur knapp vor dem Neutralpunkt, um die Verluste durch Höhenruderausschläge so gering wie möglich zu halten. 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. Verstärkt werden kann dieser Effekt noch, wenn der Pilot versucht, dem Überziehen entgegenzuwirken. Wird der Nurflügel durch außenliegende Elevons gesteuert, ergibt sich nämlich durch das Nachdrücken eine plötzlich erhöhte Auftriebsbelastung am Außenflügel, welche den Strömungsabriss sogar noch begünstigt. Andererseits wird richtig ausgelegten Schwanzlosen bei sicherer Schwerpunktlage ein 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.

Mit ausreichender Schwerpunktvorlage sind Nurflügel sehr sicher zu fliegen, die Nurflügelproblematik liegt genau genommen nicht in der mangelhaften Flugstabilität, sondern in der geringen Dämpfung um Hoch- und Querachse, die normalerweise durch ein an einem langen Hebelarm befindliches Heckleitwerk entsteht. Das NASA-Projekt von 2015 zeigt, dass bei richtiger Auftriebsverteilung (ähnlich Horten) die Vorteile eines Nurflügels durchaus überwiegen können, auch wenn er „stabil“ ausgelegt ist, also auf eine digitale Flugstabilisierung verzichtet werden kann.

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.

Verbesserungsmöglichkeiten

In ihrem Buch weisen Nickel/Wohlfahrt explizit auf die „Goldene Regel der Auftriebsverteilung“ hin. Diese lautet: „Was örtlich an Anstellwinkel fehlt, kann durch eine größere Flächentiefe in diesem Bereich ausgeglichen werden“. An einem Beispiel verdeutlichen sie dies, indem bei einer Fauvel AV.36 eine Vertiefung des Innenflügels im Höhenruderbereich die Deformation der Auftriebsverteilung durch ein gezogenes Höhenruder erheblich abgemildert würde. Dadurch werden seither bei vielen Modellkonstruktionen inzwischen sprunghafte Tiefenvergrößerungen im Ruderbereich eingebaut, wie es auch auf dem Bild des Modellnurflügels zu erkennen ist. Auch die Konstruktionen von Jim Marske „Pioneer III und IV“ weisen im Höhenruderbereich einen solchen Tiefensprung auf. Theoretisch ist sogar eine Auslegung möglich, bei der die Auftriebsverteilung gar nicht mehr deformiert wird.(siehe auch Putilow Stal-5 und Senkow BP-1)

Bei gepfeilten Nurflüglern tritt ein Problem auf, das die Brüder Horten als „Mitteneffekt“ (heute besser Pfeilungseffekt genannt) bezeichneten. Durch das Abfließen der Strömung in Spannweitenrichtung bei einem rückwärts gepfeiltem Flügel 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. Positiver Nebeneffekt dieser Auslegung war ein deutlich vergrößertes nutzbares Volumen des Mittelflügels, was aus aerodynamischer Sicht die einzige Ähnlichkeit zum B-2-Bomber darstellt.

Militärisch genutzte Nurflügel wie die B-2 verzichten 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) sowie eine digitale Flugsteuerung aus einer Vielzahl von Klappen entlang der gesamten Flügelhinterkante sowie einer großen Anzahl von Fluglagesensoren. Die Maschine ist aber aerodynamisch instabil ausgelegt, das heißt bei Computer- oder Sensorausfall flugunfähig. Der Absturz der B-2 „Spirit of Kansas“ ist auf einen Sensorausfall zurückzuführen.

Verbreitung

  • Hängegleiter sind bis auf wenige Ausnahmen als Nurflügel ausgelegt. Die Abwesenheit eines nach hinten ausladenden Schwanzes erlaubt bei ihnen einen Start zu Fuß von einem steilen Starthang. Die Steuerung erfolgt durch Gewichtsverlagerung, teilweise unterstützt durch Rollspoiler.
  • Gleitschirme erzeugen ihre Stabilität um die Querachse durch einen extrem weit unten liegenden Schwerpunkt. Hier ist eine schwanzlose Auslegung systembedingt.

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

  • die Flugzeuge der Brüder Horten vor, während und nach dem Zweiten Weltkrieg, insbesondere Horten H IX (Horten Ho 229/Gotha Go 229)
  • das Segelflugzeug SB 13 der Akademischen Fliegergruppe Braunschweig
  • das Ultraleicht-Segelflugzeug (Gleitflugzeug) Swift
  • die Northrop N-1M 1940
  • die Northrop N-9M aus dem Jahre 1942 (Propellertriebwerke)
  • die Northrop YB-35 aus dem Jahre 1946 (Propellertriebwerke)
  • die Northrop YB-49 aus dem Jahre 1947 (Strahltriebwerke)
  • die Armstrong Whitworth A.W.52 (Strahlbomber)
  • der strategische Stealth-Bomber Northrop B-2 der Luftwaffe der Vereinigten Staaten ab 1982
  • die Aufklärungsdrohne Lockheed Martin RQ-170, entwickelt seit 2004, im Einsatz vermutlich seit 2007
  • die unbemannten, von Solarenergie angetriebenen Langstreckenflugzeuge: Pathfinder, Centurion und Helios.

Das DLR erforscht in Zusammenarbeit mit Airbus die Realisierung eines Very Efficient Large Aircraft. Nurflügel findet man häufig im Flugmodellbau.

Literatur

  • 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.
  • Ludwig Prandtl: Über Tragflügel kleinsten induzierten Widerstandes. Zeitschrift für Flugtechnik und Motorluftschiffahrt, 1933, S. 305–306
  • Uwe W. Jack: Horten Nurflügel-Jets. Hightech im Zweiten Weltkrieg. PPVMEDIEN, Bergkirchen 2015. ISBN 978-3-95512-084-9.

Weblinks

Wiktionary: Nurflügel – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Nurflügel – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  • Umfangreiche Nurflügelseite (Memento vom 9. April 2017 im Internet Archive) (englisch)

Einzelnachweise

  1. K. Nickel, M. Wohlfahrt: Schwanzlose Flugzeuge. S. 1, 4, 6.
  2. Rudolf Storck: Flying Wings. S. 14.
  3. https://digitalcollections.nypl.org/items/627e815a-d995-c1e5-e040-e00a18062370
  4. Philippe Ballarini: Alphonse Pénaud (1850–1880) – Brillant et tragique. In: Aerostories. Nr. 12: octobre, novembre, décemebre, 2002 (französisch). 
  5. Storck: Flying Wings. S. 372.
  6. K. Nickel, M. Wohlfahrt: Schwanzlose Flugzeuge. S. 553.
  7. K. Nickel, M. Wohlfahrt: Schwanzlose Flugzeuge. S. 554.
  8. PRANDTL-D No. 3 Takes Flight, Projekt der NASA zur Kompensation des negativen Wendemoments
  9. Anatol Johansen: X-48 B: Boeing macht Hitlers Traum vom Nurflügler wahr. Welt Online, 15. Oktober 2010, abgerufen am 6. Mai 2017. 
Normdaten (Sachbegriff): GND: 4122300-7 (GND Explorer, lobid, OGND, AKS)
Anordnungsmöglichkeiten für Tragflächen im Flugzeugbau
  • Hochdecker
  • Schulterdecker
  • Mitteldecker
  • Tiefdecker
  • Nurflügler
  • Doppeldecker
  • Dreidecker
  • Vierdecker

Autor: www.NiNa.Az

Veröffentlichungsdatum: 05 Jul 2025 / 01:40

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stellen also eine Untergruppe der schwanzlosen Flugzeuge dar Schwanzlose unterscheiden sich von konventionellen Flugzeugen durch das Fehlen eines abgesetzten Hohenleitwerks wobei ein abgesetzter Rumpf und ein konventionelles Seitenleitwerk durchaus vorhanden sein konnen Deltaflugler sind haufig als Schwanzlose ausgelegt Diskussion Schwanzlos vs NurflugelDie Unterscheidung zwischen Schwanzlosen und Nurflugeln ist nicht scharf abgrenzbar oft werden beide Bezeichnungen auch im deutschsprachigen Raum synonym eingesetzt International heissen sie Fliegende Flugel englisch Flying Wing franzosisch Ailes Volantes spanisch Ala Volante etc Eine klare Trennung scheint auch nicht sinnvoll da dann die Northrop XB 35 ein Nurflugel ihre Weiterentwicklung YB 49 mit vertikalen Stabilisierungsflossen dagegen lediglich schwanzlos gewesen ware Das gilt auch fur die Verwendung von Winglets die sowohl als Erweiterung der Flugelaerodynamik als auch als vertikale Stabilisierungsflachen betrachtet werden konnten Ahnliches gilt fur die Abgrenzung des sogenannten Deltaflugels da beispielsweise die Aerodynamik des ersten Deltaflugels Delta I von Alexander Lippisch mit seiner relativ hohen Streckung eher der eines sogenannten Brettnurflugels entsprach als beispielsweise der einer Dassault Mirage oder Convair F 106 mit sehr geringer Streckung Ein Beispiel fur einen Delta Nurflugel stellt das Projekt McDonnell Douglas General Dynamics A 12 dar Nicht zuletzt erfordert der reine Nurflugel eine gewisse Grosse damit wenigstens der Pilot im Flugel untergebracht werden kann Insofern waren sogar die meisten Horten Konstruktionen keine reinen Nurflugel gewesen Eine Ubersicht der meisten schwanzlosen und Nurflugelflugzeuge befindet sich in der Liste von schwanzlosen Flugzeugen Ursprung und PioniereAeroplane de Penaud 1876 Das Konzept des Nurflugels wurde am 16 Februar 1876 geboren als die franzosischen Ingenieure Alphonse Penaud und das Patent fur ein Flugzeug oder Fluggerat einbrachten das von zwei Propellern angetrieben wird und alle Eigenschaften eines Nurflugels wie wir ihn heute kennen aufweist Erst mit dem Ende des Ersten Weltkriegs und dem Beginn der zivilen Luftfahrt gewann das Konzept an Dynamik Die ersten technischen Umsetzungen des Nurflugelgedankens gehen auf eine 1897 erschienene Veroffentlichung von Friedrich Ahlborn zuruck in der die stabilen Flugeigenschaften der Samen der Kletterpflanze Zanonia macrocarpa beschrieben werden Der Osterreicher Ignaz Igo Etrich entwickelte im Jahre 1903 den ersten Nurflugel nach dem Vorbild dieses Flugsamens bekam 1905 ein Patent darauf und flog 1906 erstmals einen bemannten Gleiter mit dieser Tragflachenform In England entwarf der Kunstmaler und Luftfahrtpionier Jose Weiss ebenfalls Gleiter nach diesem Prinzip 1910 wurde ein Nurflugelpatent von Hugo Junkers angemeldet Diese Patentschrift beinhaltet die Unterbringung von Motoren Nutzlast und Treibstoff innerhalb der Tragflache beschreibt aber nicht den Verzicht auf ein separates Hohenleitwerk was gemeinhin als Merkmal fur alle schwanzlosen Flugzeuge gilt Die Umsetzung der Junkers Patentschrift erfolgte mit der Junkers G 38 die ein konventionelles Kastenleitwerk hatte Vor dem Ersten Weltkrieg flogen Nurflugel von Rene Arnoux fliegendes Brett und John William Dunne Pfeilflugel teilweise schon recht erfolgreich Beim Rhonwettbewerb 1921 war es das Nurflugel Segelflugzeug Weltensegler das wahrscheinlich bei seinem einzigen Flug den ersten uber einen reinen Gleitflug hinausgehenden Segelflug unternommen hat Weitergefuhrt wurde die Nurflugel Idee in der Folgezeit in Deutschland von Alexander Lippisch den Brudern Horten in der Schweiz von Alexander Leo Soldenhoff in den USA von Jack Northrop in der Sowjetunion von Boris Iwanowitsch Tscheranowski in Frankreich von Charles Fauvel und in Grossbritannien von Geoffrey T R Hill und der Handley Page Aircraft Company Wahrend des Zweiten Weltkriegs 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 sowie der Horten H IX fuhrte Direkt nach dem Kriegsende griffen die Siegermachte diese Konzepte auf und es entstanden so die De Havilland DH 108 Swallow die Northrop X 4 die Chance Vought F7U Cutlass Auch die Northrop YB 35 sowie deren Weiterentwicklung Northrop YB 49 flogen erst nach dem Kriegsende Bei Armstrong Whitworth entstand das Versuchsflugzeug A W 52 Dennoch wurde der reine Nurflugel bis zur Einfuhrung der Northrop B 2 niemals wirklich serienreif Nach dem Zweiten Weltkrieg gab es auch zwei Hersteller von Nurflugel 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 bzw heute 2017 Kollman Composites Allerdings konnte sich das Nurflugelkonzept nur bei den gewichtsgesteuerten Hangegleitern restlos durchsetzen Konstruktive AusfuhrungenMan unterscheidet drei grundsatzliche Konstruktionsansatze 1 Stark ruckwarts gepfeilte Nurflugel Eine der goldenen Regeln der Aerodynamik besagt dass fur einen stabilen Flug der vorausfliegende Teil der gesamten horizontalen Flachen einen hoheren spezifischen Auftrieb liefern muss als der hinterherfliegende Teil Daruber hinaus muss der Schwerpunkt fur einen stabilen Flug vor dem aerodynamischen Neutralpunkt des Flugzeuges liegen Dies wird beim Normalflugzeug aber auch beim Tandem oder Entenflugzeug durch einen hoheren Anstellwinkel der jeweils vorausfliegenden Flache bewerkstelligt Beim gepfeilten Nurflugel wird dieser Effekt durch eine Verwindung des Flugels erzielt der den Aussenflugel mit geringeren Anstellwinkel fliegen lasst Die ruckwarts gepfeilten Nurflugel lassen sich wiederum in drei Untergruppen einteilen Reine Nurflugel ohne vertikale Stabilisierungsflachen und einer mehr oder weniger starken Pfeilung und Schrankung des Flugels Prandtl D Wing Modell beim Start mittels Gummiseil Nurflugel nach den Gebrudern Horten haben keine senkrechten Flachen und erzeugen die Stabilitat um Hoch und Querachse durch eine glockenformige Verteilung der Auftriebskraft und einer starken Pfeilung Die Glockenauftriebsverteilung soll dabei zur Kompensierung des negativen Wendemomentes dienen In der Literatur wurde in den 1980ern und 1990ern jedoch die Ansicht dass nur durch die Glocken Auftriebsverteilung gunstige Flugeigenschaften bei schwanzlosen Flugzeugen erzielt werden konnen als ein Mythos eingeschatzt Zum einen waren alle Horten Nurflugel trotzdem mit einem negativen Wendemoment behaftet und daruber hinaus hat die Glockenverteilung nach Schulmeinung den grossen Nachteil dass sie einen betrachtlichen zusatzlichen induzierten Widerstand verursachen wurde Allerdings ist hier anzumerken dass der fur die optimale elliptische Auftriebsverteilung erforderliche Nullauftrieb an der Flugelspitze uber den gesamten Arbeitsbereich nur dann zu erreichen ist wenn diese dimensionslos also die Flugeltiefe Null ist z B Dornier 228 oder die Flugelspitze fliegt immer mit 0 Anstellwinkel Aero Isoclinic Wing Zudem erhohen Pfeilungseffekt und Winglets sogar noch die Auftriebsbelastung am Aussenflugel Insofern veroffentlichte Ludwig Prandtl bereits einige Jahre nach seiner Proklamation uber die optimale elliptische Auftriebsverteilung 1920 eine weitere Einschatzung welche besagte dass eine optimale Auftriebsverteilung mit Nullauftrieb an der Flugelspitze eben nur durch eine glockenformige Verteilung des Auftriebes moglich sei Das seit 2015 laufende Projekt Preliminary Research Aerodynamic Design to Lower Drag Voruntersuchung fur aerodynamisches Design zur Verringerung des Luftwiderstands der NASA versucht zu zeigen dass eine vollstandige Kompensation des negativen Wendemoments durch geeignete Verwindung und Formgebung der Flugelspitzen und der Elevons eben doch moglich ist Einen Sonderweg betrat Geoffrey T R Hill der die Flugelspitzen vollstandig drehbar anbrachte wie bei einem Pendel Hohenruder Nurflugel nach dem Konzept von Northrop haben keine glockenformige sondern eine moglichst optimale elliptische Auftriebsverteilung und arbeiten mit einseitig widerstandserhohenden Spreizklappen an den Flugelenden um das negative Wendemoment zu kompensieren bzw eine Seitenruderwirkung zu erzielen Allerdings kann die Auftriebsverteilung bedingt durch die grosse Tiefe des Randbogens und das Fehlen von Elevons am Aussenflugel der XB 35 und YB 49 dort waren die Spreiz Seitenruder angebracht niemals elliptisch gewesen sein Gepfeilte Nurflugel mit elliptischer Auftriebsverteilung und zusatzlichen vertikalen Stabilisierungsflachen oder Winglets an den Flugelspitzen z B Armstrong Whitworth A W 52 oder Akaflieg Braunschweig SB 13 Hier wird eine Seitenruderwirkung erzielt indem die Flugelenden sozusagen in die Senkrechte geklappt sind Auch hier konnen je nach Pfeilung sowohl normale Klappen als auch widerstandserhohende Spreizklappen angebaut sein Betrachtet man die Winglets als in die Senkrechte geklappte Verlangerung der Spannweite so kann hier anstellwinkelunabhangig Nullauftrieb erzeugt werden welcher der Bildung von Randwirbeln entgegenwirkt Andererseits bildet sich im Ubergangsbereich von Flugel und Winglet sogar ein erhohter induzierter Auftrieb was wiederum Prandtls Theorie der elliptischen Auftriebsverteilung mit Nullauftrieb am Ende des Flugels widerspricht Erzeugung von vertikaler Stabilisierungsflache durch raumliche Geometrie wie zum Beispiel nach unten abgewinkelte Flugelspitzen z B Dunne D6 Weltensegler DFS 39 DFS 40 oder Boeing Bird of Prey Bei dieser Variante des gepfeilten Nurflugels wirken die Querruder Ausschlage der an den nach unten hangenden Flugelspitzen angebrachten Elevons zusatzlich wie ein sinnrichtiger Seitenruderausschlag Im deutschsprachigen Raum hat sich fur dieses Konzept die Bezeichnung Weltensegler Knick oder in jungerer Zeit M V Konzept eingeburgert 2 Minimal ruckgepfeilte Nurflugel hoch gestreckte Deltaflugel sowie ungepfeilte und minimal vorwarts gepfeilte Nurflugel Die Konstruktionen Lippisch Delta III Mihail Stabiloplan IV oder Tscheranowski BITsch 8 konnten ihre Stabilitat um die Querachse aufgrund des geringen Hebelarms des Aussenflugels im Bezug auf den Schwerpunkt nicht durch eine Schrankung des Flugels erreichen sondern bedurften eines eigenstabilen Flugelprofils Damit gehoren sie vom Prinzip her zu den Brettnurflugeln Allerdings verbessert auch eine minimale Ruckpfeilung bereits die Wirkung von Elevons Stabilitat um die Querachse CL Auftriebsmittelpunkt CG Schwerpunkt Gelb position des Hohenruders Unter ungepfeilten Nurflugeln versteht man Flugel bei denen die t 4 Linie 25 der Profiltiefe gerade verlauft z B Fauvel AV 36 Ist dagegen die Flugelvorderkante gerade ist die t 4 Linie leicht vorwarts gepfeilt z B Marske Pioneer II Der Brett Nurflugel erzeugt seine Langsstabilitat durch besondere stabil fliegende Flugelprofile S Schlag Profil die bei der Auftriebserzeugung ein positives Drehmoment um die Querachse erzeugen welches dem durch die Schwerpunktvorlage und das negative Profilmoment der Normalprofile erzeugten Abnicken der Flugzeugnase entgegenwirkt was bei konventionellen Flugzeugen durch das Hohenleitwerk kompensiert werden muss Die Stabilitat um die Gierachse wird normalerweise durch ein Seitenleitwerk an einem mehr oder weniger rudimentarem Rumpf oder an den Flugelhinterkanten gewahrleistet z B Fauvel AV 22 oder AV 36 Die Stabilitat um die Langsachse kann dagegen genau wie beim Normalflugzeug durch eine V Form erreicht werden Als bisherige Hohepunkte dieser Konzeption werden die Leichtflugzeuge Facet Opal von Scott Winton die Noin Choucas und die letzte Entwicklung Pioneer IV von Jim Marske betrachtet 3 Vorwarts gepfeilte Nurflugel Dieses Konzept wurde bisher nur sehr selten genutzt da es eine Vielzahl von zusatzlichen Problemen der vorwarts gepfeilte Flugel ist instabil um die Hochachse in sich birgt und in jedem Fall ein ubergrosses Seitenleitwerk erfordert z B Cornelius XFG 1 Zudem muss der Flugel extrem torsionssteif ausgelegt werden um eine stabile Fluglage zu gewahrleisten Aeroelastische Verformungen an den Flugelspitzen sind speziell beim vorwarts gepfeilten Nurflugel inakzeptabel VorteileIm Vergleich zu konventionellen Flugzeugen bei denen lediglich die Tragflachen und nicht der gesamte Flugzeugkorpus fur den Auftrieb sorgen zeichnen sich Nurflugler durch ihre formspezifischen maximierten Auftriebseigenschaften aus Aufgrund dessen wird die Leistung der Triebwerke wirtschaftlicher ausgenutzt Da im Gegensatz zu klassischen Flugzeugen die der Schwerkraft unterworfene Nutzlast nicht von den auftriebserzeugenden Flugeln getrennt ist entstehen geringere Strukturkrafte Somit kann das Flugzeug leichter konstruiert werden Die fur den Bau von Nurflugeln erforderlichen druckpunktfesten oder eigenstabilen Flugelprofile entsprechen in etwa den Profilen die fur den Schnellflug im Unterschallbereich optimiert sind und sind diesen etwa in dem Bereich zwischen bestem Gleiten und Schnellflug zumindest ebenburtig Bei Militarflugzeugen ist zudem das geringere Radarprofil ausschlaggebend Bei einem stabil ausgelegten Nurflugel egal ob in ruckwarts gepfeilter oder ungepfeilter Ausfuhrung ergibt sich wenn Elevons verwendet werden ein weiterer Vorteil Beim Einleiten einer Kurve ist wie beim Normalflugzeug auch zunachst ein Querruderausschlag notig um die gewunschte Schraglage einzunehmen Dann muss das fur den Kurvenflug erforderliche Mehr an Auftrieb durch einen Hohenruderausschlag erzeugt werden Zusatzlich mussen das negative Wendemoment und der erhohte Widerstand des schnelleren kurvenausseren Flugels durch einen angemessenen Seitenruderausschlag kompensiert werden Bei richtig ausgelegten Elevons ergibt sich nun der Umstand dass idealerweise das kurvenaussere Ruder in Nullstellung verbleibt wohingegen das kurveninnere Ruder sehr stark nach oben ausschlagt um die gewunschte Momente um die Langs und Querachse zu erzeugen Dies entspricht einem sehr stark differenzierten Querruderausschlag bei einem Normalflugzeug ein Kunstgriff der normalerweise als konstruktive Gegenmassnahme gegen das negative Wendemoment angewandt wird Verstarkt werden kann dieser Effekt noch wenn die Elevons unterteilt werden und die Ausschlage unterschiedlich uberlagert werden Somit kann auf einen Seitenruderausschlag u U ganz verzichtet werden Zudem ergibt sich fur den kurveninneren Flugel noch der Vorteil von der Auftriebserzeugung weitgehend entlastet zu sein Klappenschrankung Dies wiederum macht ein Uberziehen im Kurvenflug nahezu unmoglich Ahnlich verhalt es sich auch im Geradeausflug wo dann fur den Langsamflug beide Elevons nach oben ausgeschlagen sind Vertikale Flachen dienen somit eher der Gierdampfung als der Stabilisierung um die Hochachse NachteileDie Nachteile eines Nurflugels liegen in der geringeren Auftriebsleistung im Langsamflug bedingt durch die an der Flugelhinterkante angebrachten Hohenruder die das Profil bei zunehmendem Anstellwinkel zusehends entwolben Aus diesem Grund ist auch der Einsatz herkommlicher Hochauftriebshilfen z B Wolbklappen Fowlerklappen beim Pfeil Nurflugel nur sehr bedingt moglich Eine momentenfreie Wolbklappe die sich immerhin uber ca 60 der Halbspannweite erstreckte wurde allerdings 1989 bei dem Ultraleicht Segler Flair 30 von Gunther Rochelt erstmals erfolgreich verwirklicht und kommt auch beim Leichtsegler Aeriane SWIFT Swept Wing with Inboard Flap Trim zum Einsatz Bei Brett Nurflugeln sind auftriebserhohende Klappen wegen ihrer Hohenruderwirkung sogar vollig unmoglich Zudem ist eine optimale elliptische Auftriebsverteilung praktisch nur fur eine Fluggeschwindigkeit moglich es sei denn es werden Elevons bzw Trimmklappen Flettner Ruder entlang der gesamten Flugelhinterkante verwendet oder es wird mit Schwerpunktverschiebung gearbeitet Des Weiteren ist die Flugstabilitat bei der Konstruktion von schwanzlosen Fluggeraten ein weitaus schwieriger zu losendes Problem als bei konventionellen Entwurfen Die notwendige aerodynamische Stabilisierung um die Querachse kann nicht durch das am langen Hebelarm liegende Hohenleitwerk erreicht werden sondern muss hier durch den Flugel selbst erbracht werden Dies erfordert entweder eine spezielle Flugelgeometrie oder eine gezielte Schrankung und oder eine momentenfreie Profilierung die unter Umstanden in weiten Teilen des Geschwindigkeitsbereiches einen hoheren Luftwiderstand des Flugels hervorruft Andererseits wird durch den fehlenden Rumpf und das fehlende Hohenleitwerk der Luftwiderstand geringer sodass fur bestimmte Anforderungen z B Reiseflug bei hoher Unterschallgeschwindigkeit mit geringem Auftriebsbeiwert ein Nurflugel Flugzeug auch aerodynamisch deutlich gunstiger sein kann Oft befindet sich bei reinen Nurfluglern der Schwerpunkt teilweise nur knapp vor dem Neutralpunkt um die Verluste durch Hohenruderausschlage so gering wie moglich zu halten Somit besteht die Gefahr dass sich der Nurflugler beispielsweise bei einem Stromungsabriss nicht etwa durch ein von der Eigengewichtsverteilung verursachtes Abkippen der Rumpfnase selbst stabilisiert sondern sich aufschaukelt und unbeherrschbar wird Verstarkt werden kann dieser Effekt noch wenn der Pilot versucht dem Uberziehen entgegenzuwirken Wird der Nurflugel durch aussenliegende Elevons gesteuert ergibt sich namlich durch das Nachdrucken eine plotzlich erhohte Auftriebsbelastung am Aussenflugel welche den Stromungsabriss sogar noch begunstigt Andererseits wird richtig ausgelegten Schwanzlosen bei sicherer Schwerpunktlage ein sehr gutmutiges Uberziehverhalten attestiert z B Me 163 oder Horten H III Dies ist auch einer der Grunde warum Nurflugelkonstruktionen bei Modellfliegern sehr beliebt sind Mit ausreichender Schwerpunktvorlage sind Nurflugel sehr sicher zu fliegen die Nurflugelproblematik liegt genau genommen nicht in der mangelhaften Flugstabilitat sondern in der geringen Dampfung um Hoch und Querachse die normalerweise durch ein an einem langen Hebelarm befindliches Heckleitwerk entsteht Das NASA Projekt von 2015 zeigt dass bei richtiger Auftriebsverteilung ahnlich Horten die Vorteile eines Nurflugels durchaus uberwiegen konnen auch wenn er stabil ausgelegt ist also auf eine digitale Flugstabilisierung verzichtet werden kann Fur einen Nurflugler der in grosser Hohe fliegen soll ergibt sich zusatzlich das Problem der Druckbeluftung der Flugzeugkabine Bei konventionellen Flugzeugen mit annahernd kreisformigem Querschnitt wird die Struktur fast gleichmassig belastet Die Flugzeugkabine eines Nurfluglers weicht jedoch stark von der idealen Form des Kreises ab Sie gleicht einer langgestreckten Ellipse oder einem Rechteck Die dadurch bedingte hohere Strukturbelastung muss durch zusatzliches Material versteift und somit einem hoheren Gewicht ausgeglichen werden VerbesserungsmoglichkeitenIn ihrem Buch weisen Nickel Wohlfahrt explizit auf die Goldene Regel der Auftriebsverteilung hin Diese lautet Was ortlich an Anstellwinkel fehlt kann durch eine grossere Flachentiefe in diesem Bereich ausgeglichen werden An einem Beispiel verdeutlichen sie dies indem bei einer Fauvel AV 36 eine Vertiefung des Innenflugels im Hohenruderbereich die Deformation der Auftriebsverteilung durch ein gezogenes Hohenruder erheblich abgemildert wurde Dadurch werden seither bei vielen Modellkonstruktionen inzwischen sprunghafte Tiefenvergrosserungen im Ruderbereich eingebaut wie es auch auf dem Bild des Modellnurflugels zu erkennen ist Auch die Konstruktionen von Jim Marske Pioneer III und IV weisen im Hohenruderbereich einen solchen Tiefensprung auf Theoretisch ist sogar eine Auslegung moglich bei der die Auftriebsverteilung gar nicht mehr deformiert wird siehe auch Putilow Stal 5 und Senkow BP 1 Bei gepfeilten Nurfluglern tritt ein Problem auf das die Bruder Horten als Mitteneffekt heute besser Pfeilungseffekt genannt bezeichneten Durch das Abfliessen der Stromung in Spannweitenrichtung bei einem ruckwarts gepfeiltem Flugel erbringt der Mittelflugel nicht den Auftriebsbeiwert wie der Rest der Tragflache Nachdem die Gebruder Horten dies erkannt hatten kompensierten sie dies durch einen deutlich vertieften Mittelflugel bei gleichzeitiger Entpfeilung der sog t 4 Linie was zu dem charakteristischen Hortenschwanzchen fuhrte wie es z B bei der H IV oder noch ausgepragter bei der Ho 229 zu erkennen ist Positiver Nebeneffekt dieser Auslegung war ein deutlich vergrossertes nutzbares Volumen des Mittelflugels was aus aerodynamischer Sicht die einzige Ahnlichkeit zum B 2 Bomber darstellt Militarisch genutzte Nurflugel wie die B 2 verzichten vollstandig auf vertikale Leitflachen wie Seitenleitwerke oder Winglets um so durch das Vermeiden rechter Winkel Radarreflexionen zu minimieren Die Stabilisierung dieser Flugzeuge erfolgt dann neben der durch die Flugelpfeilung ohnehin schon vorhandenen Stabilitat um die Hochachse durch einseitig an den Flugelspitzen den Widerstand erhohende Klappensysteme horizontale Spreizklappen oder Spoiler sowie eine digitale Flugsteuerung aus einer Vielzahl von Klappen entlang der gesamten Flugelhinterkante sowie einer grossen Anzahl von Fluglagesensoren Die Maschine ist aber aerodynamisch instabil ausgelegt das heisst bei Computer oder Sensorausfall flugunfahig Der Absturz der B 2 Spirit of Kansas ist auf einen Sensorausfall zuruckzufuhren VerbreitungStarrer HangegleiterEin moderner Nurflugler aus dem Flugmodellbau mit ruckgepfeilten Tragflachen und Winglets an den Enden der Tragflachen fur die Stabilitat um die GierachseHangegleiter sind bis auf wenige Ausnahmen als Nurflugel ausgelegt Die Abwesenheit eines nach hinten ausladenden Schwanzes erlaubt bei ihnen einen Start zu Fuss von einem steilen Starthang Die Steuerung erfolgt durch Gewichtsverlagerung teilweise unterstutzt durch Rollspoiler Gleitschirme erzeugen ihre Stabilitat um die Querachse durch einen extrem weit unten liegenden Schwerpunkt Hier ist eine schwanzlose Auslegung systembedingt Im Vergleich zu konventionellen Flugzeugen mit Leitwerk gibt es von den reinen Nurflugeln mit grosser Nutzlast nur wenige Baumuster die Flugzeuge der Bruder Horten vor wahrend und nach dem Zweiten Weltkrieg insbesondere Horten H IX Horten Ho 229 Gotha Go 229 das Segelflugzeug SB 13 der Akademischen Fliegergruppe Braunschweig das Ultraleicht Segelflugzeug Gleitflugzeug Swift die Northrop N 1M 1940 die Northrop N 9M aus dem Jahre 1942 Propellertriebwerke die Northrop YB 35 aus dem Jahre 1946 Propellertriebwerke die Northrop YB 49 aus dem Jahre 1947 Strahltriebwerke die Armstrong Whitworth A W 52 Strahlbomber der strategische Stealth Bomber Northrop B 2 der Luftwaffe der Vereinigten Staaten ab 1982 die Aufklarungsdrohne Lockheed Martin RQ 170 entwickelt seit 2004 im Einsatz vermutlich seit 2007 die unbemannten von Solarenergie angetriebenen Langstreckenflugzeuge Pathfinder Centurion und Helios Das DLR erforscht in Zusammenarbeit mit Airbus die Realisierung eines Very Efficient Large Aircraft Nurflugel findet man haufig im Flugmodellbau LiteraturRudolf Storck u a Flying Wings Die historische Entwicklung der Schwanzlosen und Nurflugelflugzeuge 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 Birkhauser Verlag Basel u a 1990 ISBN 3 7643 2502 X Flugtechnische Reihe 3 Umfangreiches Lehrbuch in dem alle Nurflugeltypen behandelt werden Reimar Horten Peter F Selinger Nurflugel Die Geschichte der Horten Flugzeuge 1933 1960 5 unveranderte 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 Nurflugelmodelle Horten Pfeil und Brettkonzepte vorgestellt Ludwig Prandtl Uber Tragflugel kleinsten induzierten Widerstandes Zeitschrift fur Flugtechnik und Motorluftschiffahrt 1933 S 305 306 Uwe W Jack Horten Nurflugel Jets Hightech im Zweiten Weltkrieg PPVMEDIEN Bergkirchen 2015 ISBN 978 3 95512 084 9 WeblinksWiktionary Nurflugel Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Commons Nurflugel Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Umfangreiche Nurflugelseite Memento vom 9 April 2017 im Internet Archive englisch EinzelnachweiseK Nickel M Wohlfahrt Schwanzlose Flugzeuge S 1 4 6 Rudolf Storck Flying Wings S 14 https digitalcollections nypl org items 627e815a d995 c1e5 e040 e00a18062370 Philippe Ballarini Alphonse Penaud 1850 1880 Brillant et tragique In Aerostories Nr 12 octobre novembre decemebre 2002 franzosisch Storck Flying Wings S 372 K Nickel M Wohlfahrt Schwanzlose Flugzeuge S 553 K Nickel M Wohlfahrt Schwanzlose Flugzeuge S 554 PRANDTL D No 3 Takes Flight Projekt der NASA zur Kompensation des negativen Wendemoments Anatol Johansen X 48 B Boeing macht Hitlers Traum vom Nurflugler wahr Welt Online 15 Oktober 2010 abgerufen am 6 Mai 2017 Normdaten Sachbegriff GND 4122300 7 GND Explorer lobid OGND AKS Anordnungsmoglichkeiten fur Tragflachen im Flugzeugbau Hochdecker Schulterdecker Mitteldecker Tiefdecker Nurflugler Doppeldecker Dreidecker Vierdecker

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