Ein Semiflexibler ist ein halbwegs starrer Flügel mit einer ähnlichen Struktur wie ein Flexibler, insbesondere ohne die selbst tragenden, teuren Carbon-Holme. Im Idealfall würde so ein Gerät kaum mehr kosten und mehr wiegen als ein Flexibler (mit Turm etwa nur gut 30 kg), läge aber in seiner Leistung etwa in der Mitte zwischen einem Starren und einem Flexiblen.
Konstruktive Anforderungen bestehen dabei nicht nur in der Realisierung einer genügend steifen Fläche, sondern damit auch in der Kurvensteuerung und in einer variablen Wölbung für einfacheres Landen und besseres Kurbeln.
Bei Flexiblen nimmt die Schränkung des Flügels mit dem Anstellwinkel (und der zu tragenden Last) deutlich zu, bei Starren nur wenig. Die geringe Schränkung bei kleinem Anstellwinkel begünstigt zwar den Stechflug, für das Null-Auftrieb-Moment bei etwa null Grad Anstellwinkel muss zur Gewährleistung der Nick-Stabilität jedoch eine genügend große Mindestschränkung erhalten bleiben. Die über der Mindestschränkung liegende, unnötig große Schränkung für den großen Anstellwinkel des Trimmflugs bedeutet Leistungsverlust.
Während die Mindestschränkung um 1980 herum bei Hochleistern gut 15 Grad betrug (Einstellung der äußeren Sprogs) und sich eine Schränkung im Trimmflug von bis zu 30 Grad ergab, brauchten die Sprogs in den späten 90-er Jahren in Verbindung mit dem Aufkommen der steiferen Turmlosen nur noch auf gut 10 Grad eingestellt zu werden, und durch immer höhere Segelspannungen und durch dehnungsärmeres Tuch betrug die Schränkung im Trimmflug 'nur' noch gut 20 Grad.
Heute hat ein voll gespannter Hochleister am Boden, wenn das Segel die äußeren Sprogs etwas herunter drückt, eine Mindestschränkung von etwa 6 bis 9 Grad (Werte der äußeren Sprogs im Datenblatt). Bei kleinen und negativen Anstellwinkeln wird die Schränkung noch flacher gedrückt. Im Trimmflug, wenn sich das Segel unter Last anhebt, erhöht sich die Schränkung auf ca. 15 Grad (anhand von Fotos), ausreichend wären bei einem steifen Flügel nicht mehr als die 6-9 Grad am Boden. Dies ließe sich, wenn überhaupt, nur durch eine noch weit höhere Segelspannung bei noch biegesteiferen Flügelrohren, durch genügend knicksteife Querrohre und eine noch torsionssteifere Struktur erreichen, keineswegs jedoch allein durch tiefer eingestellte Sprogs. Tiefere Sprogs allein reduzieren lediglich die Nick-Stabilität und erhöhen u.A. das Risiko eines Tucks. Bei entspanntem Segel (loser VG), notwendig für ausreichend Spiel zwischen Segel und Sprogs für ein gutes Kurvenhandling, erhöht sich die Schränkung auf 20 bis 25 Grad.
Aufgrund dieser Umstände erinnerte man sich schon in den 70-er Jahren in den USA, als das Rogallo-Segel aufkam, an die alten Konzepte starrer leichter Gleiter, wie den Chanute-Doppeldecker von 1896 und die Geräte von Volmer Jensen aus den 40-er Jahren. So entwickelte z.B. Dick Eipper 1972 den Qicksilver, Volmer Jensen 1973 den Swingwing und Sunfun, Mike Markowski 1974 den Eagle IV und Larry Mauro 1976 den Easy Riser. Auch die Lilienthal-Gleiter aus den 1890-er Jahren gegenüber dem Rogallo-Segel Starrflügler. Doch all diese Konzepte fanden trotz besserer Gleitzahlen, nämlich etwa 10 gegenüber nur 8 des sich weiter entwickelnden Rogallo-Gleiters (1975-77 Segellatten, Wingtips, Schränkungsanschläge, Doppelsegel) keine breite Resonanz bei den Drachenfliegern. Der Rogallo-Flügel bestach vmtl. durch seine Einfachheit, während für die starren Strukturen entweder eine teure und schwerere Schalenbauweise (noch ohne Carbon) oder Gestelle mit einem 'Drahtverhau' von Abspannungen notwendig waren.
Dennoch boten die Firma Manta Products, USA, 1982/83 mit dem Fledge oder Fledgeling (flügges Küken), bis in die frühen 90-er Jahre als Voyager weiter entwickelt, und die Firma Hiway, GB, 1983 mit dem Explorer erneut Flügel in der Gestellbauweise aus Alu-Rohren mit definierter geringerer Schränkung an. Doch auch diese Geräte konnten sich gegenüber dem inzwischen ausgereiften Rogallo-Drachen mit Gleitzahlen von bis zu 12 nicht durchsetzen. Der Fledge litt aufgrund der Ruder-Winglets an Hecklastigkeit und hohem Gewicht. Mit dem Explorer kam es aufgrund eines Kippens der Nasenkante, die nur durch einen Spanndraht gehalten wurde, zu tödlichen Unfällen. Obwohl der Konstruktionsfehler sofort behoben wurde, einzelne Exemplare fliegen noch heute, musste Hiway schließen.
In den 90-er Jahren wurde wieder weiter experimentiert, bis schließlich Jürgen Lutz 1991 mit dem Experience und1996 mit dem Pegasus ein Konzept gefunden hatte (D-Holm aus Carbon, Spoiler auf halber Flügeltiefe und Wackel-Trapez zur Ansteuerung), das schließlich 1997 mit dem Exxtacy und 1998 mit dem Atos von Felix Rühle den Durchbruch bei den Starren brachte. Das Buch 'Ganz einfach fliegen' von Stefan Nitsch enthält weitere Einzelheiten zur Entwicklung des Drachens.
Neben dem Quantensprung in der Gleitzahl auf etwa 19 gegenüber inzwischen 14 beim Flexiblen und einer sehr leichtgängigen Kurvensteuerung, ist so ein Starrer jedoch einige kg schwerer und kostet ca. doppelt so viel wie ein Flexi. Als Manko hinzu kommen eine höhere Empfindlichkeit beim Transport und aufgrund des (Kurz-)Packmaßes Einschränkungen bei der Lagerung (Garage) und der Luftfracht. Darum denke ich weiter über einen Semiflexiblen, wie oben skizziert, nach, obwohl auch ich inzwischen 'Lehrgeld' gezahlt und jetzt erst einmal einen Starren erworben habe.
Mir schwebt weiter ein Konzept mit folgenden Eckpunkten vor:
Der innere Sprog kann z.B. durch eine Verzweigung der seitlichen Unterverspannung (und Oberverspannung) voll tragfähig gemacht werden.
Die Nachgiebigkeit äußerer tragender Sprogs hängt von der Torsionssteifigkeit der Struktur ab.
Die beiden Querstreben über 2-3 Latten je Sprog werden durch eine durchgehende Querstrebe je Seite ersetzt. Mit Wegfall der VG nimmt das Gewicht dadurch kaum zu.
Mehr Torsionssteifigkeit ließe sich auf einfache Weise erreichen, wenn man Flügel- und Querrohre in einer Ebene miteinander verbindet. Das Kielrohr läge dann darüber. Dann kann vom Querrohr (mehr) vom Torsionsmoment im Flügelrohr aufgenommen werden. Die Nasenplatte müsste dazu etwa 7 cm breiter sein. Üblicherweise liegen Flügel- und Kielrohr in einer Ebene und die Querrohre verlaufen darüber, selten auch darunter (z.B. Icaro-Mars).
Die Knicklast kann durch eine geeignete Geometrie von Flügel- und Querrohrverlauf sowie der Unterverspannung auf Quer- und innere Flügelrohre verteilt werden. Die Vorbiegung und ein Ausknicken des inneren Flügelrohrs wäre durch Stahlseile zu begrenzen. Die Querrohre könnten dadurch leichter sein, die Biegesteifigkeit des Flügelrohrs würde erhöht werden.
Für genügend Bruchlast und Steifigkeit muss das äußere Flügelrohr bei tragendem Sprog und 12 m Spannweite einen genügenden Durchmesser haben oder aus Carbon gefertigt sein.
Leichte, aus Blech gebogene Gelenke (zwischen den Querrohren sowie zwischen Quer- und Flügelrohren), statt gegossen (und gefräst).
Leichte Spoiler könnten durch aufgespanntes Tuch realisiert werden.
Mit 'nur' noch 15 Grad Schränkung heutiger Flexibler im Trimmflug bei voller VG könnte man sich ja zufrieden geben, wenn die Geräte dabei im Handling nicht so 'zäh' würden. Für die mindestens ebenso steife Fläche eines Semiflexiblen ist daher zusätzlich eine Mechanik zur Kurvensteuerung notwendig. Die gegenseitige Verstellung der Schränkung für eine möglichst verlustarme Kurvensteuerung hat sich bei meinen Experimenten (Umbau eines SP-12) leider als zu schwergängig erwiesen. Eine leichtgängige Kurvensteuerung ist demnach nur über extra Steuerflächen möglich. Dabei favorisiere ich die sich bei Starren bewährte Spoiler-Lösung, bei der durch den neben dem Abtrieb entstehenden Widerstand mit wenig Aufwand und Gewicht das negative Wendemoment kompensiert wird. Damit der entstehende Auftriebsrückgang am Außenflügel nicht durch eine Erhöhung des Anstellwinkels konterkariert wird (Flettnerruder-Effekt), muss der Außenflügel genügend steif sein.
Wenn das Kielrohr oberhalb der Segelhinterkante austritt, wäre die Wölbung des Innenflügels sehr einfach zu verstellen (zu erhöhen), indem man die inneren 2 Segellatten je Seite von den Trapezecken aus herunter zieht. Wie effektiv schon kleine Wölbklappen sind, konnte ich am Ikarus Spirit L mit den Wölbklappen von Tomas Pellicci sehen. Zur Sicherung der Nick-Stabilität durch einen S-Schlag im Profil des Innenflügels, sind die Latten durch ein gegenläufiges Seil im Schnellflug oben, dicht unter dem Kielrohr zu halten.
Wäre so etwas möglich? (und bei den heute ausgereiften Geräten noch sinnvoll?)
Gruß, Bernhard
Konstruktive Anforderungen bestehen dabei nicht nur in der Realisierung einer genügend steifen Fläche, sondern damit auch in der Kurvensteuerung und in einer variablen Wölbung für einfacheres Landen und besseres Kurbeln.
Bei Flexiblen nimmt die Schränkung des Flügels mit dem Anstellwinkel (und der zu tragenden Last) deutlich zu, bei Starren nur wenig. Die geringe Schränkung bei kleinem Anstellwinkel begünstigt zwar den Stechflug, für das Null-Auftrieb-Moment bei etwa null Grad Anstellwinkel muss zur Gewährleistung der Nick-Stabilität jedoch eine genügend große Mindestschränkung erhalten bleiben. Die über der Mindestschränkung liegende, unnötig große Schränkung für den großen Anstellwinkel des Trimmflugs bedeutet Leistungsverlust.
Während die Mindestschränkung um 1980 herum bei Hochleistern gut 15 Grad betrug (Einstellung der äußeren Sprogs) und sich eine Schränkung im Trimmflug von bis zu 30 Grad ergab, brauchten die Sprogs in den späten 90-er Jahren in Verbindung mit dem Aufkommen der steiferen Turmlosen nur noch auf gut 10 Grad eingestellt zu werden, und durch immer höhere Segelspannungen und durch dehnungsärmeres Tuch betrug die Schränkung im Trimmflug 'nur' noch gut 20 Grad.
Heute hat ein voll gespannter Hochleister am Boden, wenn das Segel die äußeren Sprogs etwas herunter drückt, eine Mindestschränkung von etwa 6 bis 9 Grad (Werte der äußeren Sprogs im Datenblatt). Bei kleinen und negativen Anstellwinkeln wird die Schränkung noch flacher gedrückt. Im Trimmflug, wenn sich das Segel unter Last anhebt, erhöht sich die Schränkung auf ca. 15 Grad (anhand von Fotos), ausreichend wären bei einem steifen Flügel nicht mehr als die 6-9 Grad am Boden. Dies ließe sich, wenn überhaupt, nur durch eine noch weit höhere Segelspannung bei noch biegesteiferen Flügelrohren, durch genügend knicksteife Querrohre und eine noch torsionssteifere Struktur erreichen, keineswegs jedoch allein durch tiefer eingestellte Sprogs. Tiefere Sprogs allein reduzieren lediglich die Nick-Stabilität und erhöhen u.A. das Risiko eines Tucks. Bei entspanntem Segel (loser VG), notwendig für ausreichend Spiel zwischen Segel und Sprogs für ein gutes Kurvenhandling, erhöht sich die Schränkung auf 20 bis 25 Grad.
Aufgrund dieser Umstände erinnerte man sich schon in den 70-er Jahren in den USA, als das Rogallo-Segel aufkam, an die alten Konzepte starrer leichter Gleiter, wie den Chanute-Doppeldecker von 1896 und die Geräte von Volmer Jensen aus den 40-er Jahren. So entwickelte z.B. Dick Eipper 1972 den Qicksilver, Volmer Jensen 1973 den Swingwing und Sunfun, Mike Markowski 1974 den Eagle IV und Larry Mauro 1976 den Easy Riser. Auch die Lilienthal-Gleiter aus den 1890-er Jahren gegenüber dem Rogallo-Segel Starrflügler. Doch all diese Konzepte fanden trotz besserer Gleitzahlen, nämlich etwa 10 gegenüber nur 8 des sich weiter entwickelnden Rogallo-Gleiters (1975-77 Segellatten, Wingtips, Schränkungsanschläge, Doppelsegel) keine breite Resonanz bei den Drachenfliegern. Der Rogallo-Flügel bestach vmtl. durch seine Einfachheit, während für die starren Strukturen entweder eine teure und schwerere Schalenbauweise (noch ohne Carbon) oder Gestelle mit einem 'Drahtverhau' von Abspannungen notwendig waren.
Dennoch boten die Firma Manta Products, USA, 1982/83 mit dem Fledge oder Fledgeling (flügges Küken), bis in die frühen 90-er Jahre als Voyager weiter entwickelt, und die Firma Hiway, GB, 1983 mit dem Explorer erneut Flügel in der Gestellbauweise aus Alu-Rohren mit definierter geringerer Schränkung an. Doch auch diese Geräte konnten sich gegenüber dem inzwischen ausgereiften Rogallo-Drachen mit Gleitzahlen von bis zu 12 nicht durchsetzen. Der Fledge litt aufgrund der Ruder-Winglets an Hecklastigkeit und hohem Gewicht. Mit dem Explorer kam es aufgrund eines Kippens der Nasenkante, die nur durch einen Spanndraht gehalten wurde, zu tödlichen Unfällen. Obwohl der Konstruktionsfehler sofort behoben wurde, einzelne Exemplare fliegen noch heute, musste Hiway schließen.
In den 90-er Jahren wurde wieder weiter experimentiert, bis schließlich Jürgen Lutz 1991 mit dem Experience und1996 mit dem Pegasus ein Konzept gefunden hatte (D-Holm aus Carbon, Spoiler auf halber Flügeltiefe und Wackel-Trapez zur Ansteuerung), das schließlich 1997 mit dem Exxtacy und 1998 mit dem Atos von Felix Rühle den Durchbruch bei den Starren brachte. Das Buch 'Ganz einfach fliegen' von Stefan Nitsch enthält weitere Einzelheiten zur Entwicklung des Drachens.
Neben dem Quantensprung in der Gleitzahl auf etwa 19 gegenüber inzwischen 14 beim Flexiblen und einer sehr leichtgängigen Kurvensteuerung, ist so ein Starrer jedoch einige kg schwerer und kostet ca. doppelt so viel wie ein Flexi. Als Manko hinzu kommen eine höhere Empfindlichkeit beim Transport und aufgrund des (Kurz-)Packmaßes Einschränkungen bei der Lagerung (Garage) und der Luftfracht. Darum denke ich weiter über einen Semiflexiblen, wie oben skizziert, nach, obwohl auch ich inzwischen 'Lehrgeld' gezahlt und jetzt erst einmal einen Starren erworben habe.
Mir schwebt weiter ein Konzept mit folgenden Eckpunkten vor:
- Gestellbauweise aus preiswerter maschinell gefertigter 'Stangenware' mit wenig Toleranz. Neben den Alu-Rohren sind natürlich auch Standard-Carbonrohre denkbar.
- Tragfähigkeit des Segels weniger aus der Segelspannung sondern mehr aus tragenden Sprogs mit durchgehender hinterer Querstrebe. Eine VG entfällt damit.
- Durch 2) und andere konstruktive Lösungen die Erwartung, eine leichte und steife Fläche mit der ausreichenden geringen Schränkung im Trimmflug realisieren zu können.
- Leichtgängige Kurvensteuerung, auch bei sehr steifer Fläche, z.B. durch Spoiler.
- Wölbung am Innenflügel (momentneutral) verstellbar für leichtes Landen und gutes Kurbeln.
- Ca. 12 m Spannweite bei ca. 14 qm, also eine Streckung von gut 10.
Der innere Sprog kann z.B. durch eine Verzweigung der seitlichen Unterverspannung (und Oberverspannung) voll tragfähig gemacht werden.
Die Nachgiebigkeit äußerer tragender Sprogs hängt von der Torsionssteifigkeit der Struktur ab.
Die beiden Querstreben über 2-3 Latten je Sprog werden durch eine durchgehende Querstrebe je Seite ersetzt. Mit Wegfall der VG nimmt das Gewicht dadurch kaum zu.
Mehr Torsionssteifigkeit ließe sich auf einfache Weise erreichen, wenn man Flügel- und Querrohre in einer Ebene miteinander verbindet. Das Kielrohr läge dann darüber. Dann kann vom Querrohr (mehr) vom Torsionsmoment im Flügelrohr aufgenommen werden. Die Nasenplatte müsste dazu etwa 7 cm breiter sein. Üblicherweise liegen Flügel- und Kielrohr in einer Ebene und die Querrohre verlaufen darüber, selten auch darunter (z.B. Icaro-Mars).
Die Knicklast kann durch eine geeignete Geometrie von Flügel- und Querrohrverlauf sowie der Unterverspannung auf Quer- und innere Flügelrohre verteilt werden. Die Vorbiegung und ein Ausknicken des inneren Flügelrohrs wäre durch Stahlseile zu begrenzen. Die Querrohre könnten dadurch leichter sein, die Biegesteifigkeit des Flügelrohrs würde erhöht werden.
Für genügend Bruchlast und Steifigkeit muss das äußere Flügelrohr bei tragendem Sprog und 12 m Spannweite einen genügenden Durchmesser haben oder aus Carbon gefertigt sein.
Leichte, aus Blech gebogene Gelenke (zwischen den Querrohren sowie zwischen Quer- und Flügelrohren), statt gegossen (und gefräst).
Leichte Spoiler könnten durch aufgespanntes Tuch realisiert werden.
Mit 'nur' noch 15 Grad Schränkung heutiger Flexibler im Trimmflug bei voller VG könnte man sich ja zufrieden geben, wenn die Geräte dabei im Handling nicht so 'zäh' würden. Für die mindestens ebenso steife Fläche eines Semiflexiblen ist daher zusätzlich eine Mechanik zur Kurvensteuerung notwendig. Die gegenseitige Verstellung der Schränkung für eine möglichst verlustarme Kurvensteuerung hat sich bei meinen Experimenten (Umbau eines SP-12) leider als zu schwergängig erwiesen. Eine leichtgängige Kurvensteuerung ist demnach nur über extra Steuerflächen möglich. Dabei favorisiere ich die sich bei Starren bewährte Spoiler-Lösung, bei der durch den neben dem Abtrieb entstehenden Widerstand mit wenig Aufwand und Gewicht das negative Wendemoment kompensiert wird. Damit der entstehende Auftriebsrückgang am Außenflügel nicht durch eine Erhöhung des Anstellwinkels konterkariert wird (Flettnerruder-Effekt), muss der Außenflügel genügend steif sein.
Wenn das Kielrohr oberhalb der Segelhinterkante austritt, wäre die Wölbung des Innenflügels sehr einfach zu verstellen (zu erhöhen), indem man die inneren 2 Segellatten je Seite von den Trapezecken aus herunter zieht. Wie effektiv schon kleine Wölbklappen sind, konnte ich am Ikarus Spirit L mit den Wölbklappen von Tomas Pellicci sehen. Zur Sicherung der Nick-Stabilität durch einen S-Schlag im Profil des Innenflügels, sind die Latten durch ein gegenläufiges Seil im Schnellflug oben, dicht unter dem Kielrohr zu halten.
Wäre so etwas möglich? (und bei den heute ausgereiften Geräten noch sinnvoll?)
Gruß, Bernhard
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