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Segelfliegen an der Schallmauer

Jean Perret 05.07.2017

Bastler tricksen die Physik aus. An windigen Bergrücken bringen sie Modellflugzeuge auf mehr als 800 Kilometer pro Stunde.

Quelle: http://www.tagesanzeiger.ch/wissen/technik/segelfliegen-an-der-schallmauer/story/13446726

Unangefochtener Speed-Weltmeister: Spencer Lisenby mit Segelflieger. Foto: DSKinetic

Unangefochtener Speed-Weltmeister: Spencer Lisenby mit Segelflieger. Foto: DSKinetic

 

Das Ganze begann mit einem albernen Spass. Irgendwann in der Mitte der 90er-Jahre traf sich ein Modellflugzeugbastler namens Joe Wurts mit einem Freund zu einem kleinen Wettstreit am kalifornischen Parker Mountain. Ausgetragen wurde das Duell mit ferngesteuerten Segelflugzeugen. Es ging darum, den Gegner in der Luft zu rammen, sodass dieser möglichst zu Boden ging. Als Joes Plastikflieger einen Treffer erlitt, konnte er ihn gerade noch in der Luft halten, musste allerdings nach Lee ausweichen, zur windabgewandten Seite des Bergrückens – ein Manöver, das unter Segel- und Gleitschirmfliegern als tödlich gilt. Im Windschatten eines Berges lauern oft Luftwalzen, die jedes Fluggerät in Not bringen.

Doch Joe Wurts fing seinen Flieger knapp über dem Boden ab. Und als er ihn wieder über die Kante des Berg­rückens aufsteigen liess, stellte er fest, dass das Spielzeug mächtig Fahrt aufnahm. Das Ding war plötzlich viel schneller als gewohnt. Unfreiwillig hatte Wurts mit seinem Schlenker ein Phänomen ausgenutzt, das Aerodynamiker in der Theorie schon lange kennen. «Dynamischer Segelflug» heisst es unter Fachleuten. Manche Vogelarten nutzen den Trick seit Jahrmillionen, um energiesparend riesige Distanzen zu überwinden. Aber Modellflieger?

Schnell wie ein Passagierjet

Tatsächlich hat Joe Wurts’ kleine Entdeckung seither eine erstaunliche Karriere gemacht. Jahr für Jahr erzielt eine weltweite Gemeinschaft von Modellflugenthusiasten neue Geschwindigkeitsrekorde mit ferngesteuerten Segelfliegern. Unangefochtener Weltmeister ist ein Amerikaner namens Spencer Lisenby. Vor einigen Wochen hat er sein neuestes Modell, ein gut drei Meter breites, schlankes Segelfliegermodell, das er Transonic DP nennt, auf ungeheuerliche 835 Kilometer pro Stunde beschleunigt. Das entspricht der Reisegeschwindigkeit eines modernen Passagierjets.

 
 

Infografik: Dynamischer Segelflug Grafik vergrössern

Die Kunst dabei ist, unterschiedlich schnelle Luftschichten auszunutzen, idealerweise an einem Bergrücken, vor dem sich flaches Gelände ausbreitet, eine Wüste zum Beispiel oder das Meer. Der heranrasende Wind sollte mit mindestens 100 Kilometer pro Stunde über den Grat wehen. Modellflugfans wie Lisenby werfen dort ihre Modellflieger in den Wind, lassen sie per Fernsteuerung eine enge Kurve drehen und zunächst an der windabgewandten Seite des Bergs hinuntergleiten. Von dort geht es in einer steilen Kurve den Hang wieder hinauf und in einer U-förmigen Kurve durch den Starkwind. Dabei gewinnt der Flieger an Schub und taucht wieder in den Windschatten ein. Das Ganze lässt sich mit viel Geschick mehrmals wiederholen, wobei jede Durchquerung des Starkwinds dem Fluggerät zusätzliche Energie verleiht. Und wenn man die Sache auf die Spitze treibt, steht am Ende womöglich ein neuer Weltrekord.

Ungeheure Kräfte

Im Jahr 2010 wurden 445 Meilen pro Stunde geknackt, das sind 716 km/h. In diesem Jahr übertraf Lisenby die 800-km/h-Marke deutlich. Hinter dem Ganzen steckt ein kaum vorstellbarer Aufwand, über den Spencer Lisenby kürzlich bei einer Tagung der Münchner Technik-Beratung TNG berichtete. Seine Modellflieger entwickelt er mit dem deutschen Aerodynamik-Autodidakten Dirk Pflug. Der hauptberuflich in Bayern als Betriebswirt tätige Tüftler hat derart viel Erfahrung mit Modellflugzeugen, dass sich längst auch Luftfahrtlehrstühle sowie die DLR für seine Entwürfe interessieren. Für Lisenbys Rekordflieger hat Pflug eigens eine Flügelform entwickelt, deren geringer Luftwiderstand enorme Geschwindigkeiten erlaubt und die gleichzeitig steif genug ist, um Belastungen auszuhalten, die weit höher sind als in der Passagierfliegerei üblich.

Als Lisenby einmal einen Beschleunigungssensor in seinen Segler steckte, zeigte sich, dass in den Kurven mehr als das 120-Fache der Erdbeschleunigung am Material zerrt. Der aktuelle Entwurf mit seinen langen, gestreckten Flügeln hat damit eine Grenze erreicht. Im vollen Flug strömt die Luft bereits mit Überschallgeschwindigkeit über das Flügelprofil, was aerodynamisch ungünstig ist. Pflug entwickelt daher neuerdings ein Modell mit V-förmig nach hinten gepfeilten Flügeln. Dieser Flieger soll die Marke von 1000 Kilometern pro Stunde knacken. «Das sollte zu schaffen sein», sagt er.

Grosses Fingerspitzengefühl

Alles nur Spielerei? Nein, meint Dirk Pflug, im Grunde sei der dynamische Segelflug eine Form hocheffizienter Energiegewinnung. Er sieht durchaus Möglichkeiten, das Prinzip zum Beispiel in Gasturbinen anzuwenden. Über seine Erfahrungen im Flugzeugdesign tauscht er sich unter anderem mit Mark Drela aus, der am berühmten Massachusetts Institute of Technology die Verkehrsflugzeuge der kommenden Generationen entwirft.

Manche technische Hürde erscheint auf den ersten Blick trivial: Wie misst man zum Beispiel die Geschwindigkeit eines rasenden Modellfliegers? «Eine im Strassenverkehr übliche Radarpistole reicht nicht», erzählt Lisenby, «dort sind schliesslich mehrere Hundert Kilometer pro Stunde unüblich.» Man musste also Hersteller überreden, eine Spezialanfertigung zu bauen, die derart hohe Geschwindigkeiten erfasst.

Die grosse Kunst bleibt aber das Steuern der Extremgleiter. Bei 800 Kilometern pro Stunde dauert ein Vollkreis am Bergrücken nur anderthalb bis zwei Sekunden. Das menschliche Auge kann kaum noch folgen, und auf plötzliche Turbulenzen zu reagieren, erfordert enormes Fingerspitzengefühl. Einen automatisch lenkenden Segelflieger will Spencer Lisenby jedoch auf keinen Fall entwickeln. Dafür macht ihm das Steuern zu viel Spass. «Man lernt, die Luft förmlich zu spüren», schwärmt der amerikanische Pilot.