Flugzeug – Wikipedia

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Ein angetriebenes, fliegendes Fahrzeug

Der erste Flug eines Flugzeugs, der Wright Flyer am 17. Dezember 1903
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Ein Flugzeug oder Flugzeug (informell Flugzeug) ist ein angetriebenes Starrflügelflugzeug, das durch Schub eines Strahltriebwerks, Propellers oder Raketentriebwerks vorwärtsgetrieben wird. Flugzeuge gibt es in verschiedenen Größen, Formen und Flügelkonfigurationen. Das breite Anwendungsspektrum von Flugzeugen umfasst Erholung, Transport von Gütern und Personen, Militär und Forschung. Weltweit befördert die kommerzielle Luftfahrt jährlich mehr als vier Milliarden Passagiere mit Verkehrsflugzeugen[1] und transportiert mehr als 200 Milliarden Tonnenkilometer[2] Fracht jährlich, was weniger als 1% der weltweiten Frachtbewegung entspricht.[3] Die meisten Flugzeuge werden von einem Piloten an Bord des Flugzeugs geflogen, einige sind jedoch ferngesteuert oder computergesteuert wie Drohnen.

Die Gebrüder Wright erfanden und flogen 1903 das erste Flugzeug, das als “der erste anhaltende und kontrollierte Flug mit schwerer als Luftantrieb” anerkannt wurde.[4] Sie bauten auf den Werken von George Cayley aus dem Jahr 1799 auf, als er das Konzept des modernen Flugzeugs darlegte (und später Modelle und erfolgreiche Passagiergleiter baute und flog).[5] Zwischen 1867 und 1896 studierte der deutsche Pionier der menschlichen Luftfahrt, Otto Lilienthal, auch Flüge, die schwerer als Luft waren. Nach dem begrenzten Einsatz im Ersten Weltkrieg entwickelte sich die Flugzeugtechnologie weiter. Flugzeuge waren in allen großen Schlachten des Zweiten Weltkriegs präsent. Das erste Düsenflugzeug war das deutsche Heinkel He 178 im Jahr 1939. Das erste Düsenflugzeug, der de Havilland Comet, wurde 1952 eingeführt. Die Boeing 707, der erste weithin erfolgreiche Verkehrsflugzeug, war seit mehr als 50 Jahren im kommerziellen Einsatz 1958 bis mindestens 2013.

Etymologie und Verwendung

Das Wort wurde erstmals im späten 19. Jahrhundert (vor dem ersten anhaltenden Motorflug) auf Englisch bezeugt Flugzeug, mögen Flugzeugstammt von den Franzosen ab Flugzeug, die aus dem griechischen ἀήρ stammt (aēr), “Luft”[6] und entweder Latein Planus, “Niveau”,[7] oder Griechisch πλάνος (Planos), “wandern”.[8][9] “”Flugzeug“ursprünglich nur auf den Flügel bezogen, da es sich um ein Flugzeug handelt, das sich durch die Luft bewegt.[10] In einem Beispiel für Synecdoche bezog sich das Wort für den Flügel auf das gesamte Flugzeug.

In den Vereinigten Staaten und Kanada wird der Begriff “Flugzeug” für angetriebene Starrflügelflugzeuge verwendet. Im Vereinigten Königreich und im größten Teil des Commonwealth wird der Begriff “Flugzeug” ([10]) wird normalerweise auf diese Flugzeuge angewendet.

Geschichte

Vorgänger

Viele Geschichten aus der Antike handeln von der Flucht, wie die griechische Legende von Ikarus und Daedalus und die Vimana in alten indischen Epen. Um 400 v. Chr. Soll Archytas in Griechenland das erste künstliche Fluggerät mit Eigenantrieb entworfen und gebaut haben, ein vogelförmiges Modell, das von einem Strahl Dampf angetrieben wird, der vermutlich 200 m (660 ft) geflogen sein soll. .[11][12] Diese Maschine wurde möglicherweise für den Flug ausgesetzt.[13][14]

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Einige der frühesten aufgezeichneten Versuche mit Segelflugzeugen waren die des andalusischen und arabischsprachigen Dichters Abbas ibn Firnas aus dem 9. Jahrhundert und des englischen Mönchs Eilmer aus Malmesbury aus dem 11. Jahrhundert. Beide Experimente verletzten ihre Piloten.[15]Leonardo da Vinci erforschte das Flügeldesign von Vögeln und entwarf in seinem Flugzeug ein von Menschen angetriebenes Flugzeug Kodex über den Flug der Vögel (1502), wobei erstmals die Unterscheidung zwischen Massenschwerpunkt und Druckschwerpunkt fliegender Vögel erwähnt wird.

Im Jahr 1799 stellte George Cayley das Konzept des modernen Flugzeugs als Starrflügelflugmaschine mit separaten Systemen für Auftrieb, Antrieb und Steuerung vor.[16][17] Cayley baute und flog bereits 1803 Modelle von Starrflügelflugzeugen und baute 1853 ein erfolgreiches Passagierflugzeug.[5] 1856 machte der Franzose Jean-Marie Le Bris mit seinem Segelflugzeug den ersten Motorflug “L’Albatros artificiel” von einem Pferd am Strand gezogen.[18] Dann machte der Russe Alexander F. Mozhaisky auch einige innovative Designs. 1883 machte der Amerikaner John J. Montgomery einen kontrollierten Flug in einem Segelflugzeug.[19] Andere Flieger, die zu dieser Zeit ähnliche Flüge unternahmen, waren Otto Lilienthal, Percy Pilcher und Octave Chanute.

Sir Hiram Maxim baute ein 3,5 Tonnen schweres Fahrzeug mit einer Flügelspannweite von 34 m (110 Fuß), das von zwei 270 kW (360 PS) starken Dampfmaschinen angetrieben wurde, die zwei Propeller antreiben. 1894 wurde seine Maschine mit Oberschienen getestet, um ein Ansteigen zu verhindern. Der Test zeigte, dass es genug Auftrieb zum Abheben hatte. Das Handwerk war unkontrollierbar, was Maxim vermutlich realisierte, weil er daraufhin die Arbeit daran aufgab.[20]

In den 1890er Jahren forschte Lawrence Hargrave an Flügelstrukturen und entwickelte einen Boxdrachen, der das Gewicht eines Mannes hob. Seine Box-Kite-Designs waren weit verbreitet. Obwohl er auch eine Art rotierendes Flugzeugtriebwerk entwickelte, schuf und flog er kein angetriebenes Starrflügelflugzeug.[21]

Zwischen 1867 und 1896 entwickelte der deutsche Pionier der menschlichen Luftfahrt Otto Lilienthal einen Flug, der schwerer als Luft war. Er war der erste, der gut dokumentierte, wiederholte und erfolgreiche Gleitflüge durchführte.

Frühe Motorflüge

Der Franzose Clement Ader baute 1886 seine erste von drei Flugmaschinen, die Éole. Es war ein fledermausartiges Design, das von einer leichtgewichtigen Dampfmaschine seiner eigenen Erfindung betrieben wurde. Vier Zylinder entwickelten 20 PS (15 kW) und trieben einen vierblättrigen Propeller an. Der Motor wog nicht mehr als 4 Kilogramm pro Kilowatt (6,6 lb / PS). Die Flügel hatten eine Spannweite von 14 m. Das Gesamtgewicht betrug 300 Kilogramm. Am 9. Oktober 1890 versuchte Ader, die zu fliegen Éole. Luftfahrthistoriker würdigen diese Bemühungen als motorisierten Start und unkontrollierten Sprung von ungefähr 50 m (160 ft) in einer Höhe von ungefähr 200 mm (7,9 in).[22][23] Es wurde nicht dokumentiert, dass die beiden nachfolgenden Maschinen von Ader den Flug erreicht haben.[24]

Die Flüge der amerikanischen Gebrüder Wright im Jahr 1903 werden von der Fédération Aéronautique Internationale (FAI), die Normungs- und Aufzeichnungsstelle für die Luftfahrt, als “der erste anhaltende und kontrollierte Flug, der schwerer als Luft ist”.[4] Bis 1905 war der Wright Flyer III in der Lage, über längere Zeiträume einen vollständig kontrollierbaren, stabilen Flug durchzuführen. Die Gebrüder Wright würdigten Otto Lilienthal als wichtige Inspiration für ihre Entscheidung, einen bemannten Flug zu betreiben.

1906 machte der Brasilianer Alberto Santos-Dumont den angeblich ersten Flugzeugflug ohne Katapult[25] und stellte den ersten vom Aéro-Club de France anerkannten Weltrekord auf, indem er in weniger als 22 Sekunden 220 Meter flog.[26] Dieser Flug wurde auch von der FAI zertifiziert.[27][28]

Ein frühes Flugzeugdesign, das die moderne Monoplane-Traktorkonfiguration zusammenbrachte, war das Blériot VIII-Design von 1908. Es hatte bewegliche Heckflächen, die sowohl das Gieren als auch die Neigung kontrollierten, eine Form der Rollkontrolle, die entweder durch Flügelverformung oder durch Querruder bereitgestellt und von seinem Piloten mit gesteuert wurde ein Joystick und eine Ruderstange. Es war ein wichtiger Vorgänger seines späteren Blériot XI Channel-Crossing-Flugzeugs des Sommers 1909.[29]

Der Erste Weltkrieg diente als Prüfstand für den Einsatz des Flugzeugs als Waffe. Flugzeuge zeigten ihr Potenzial als mobile Beobachtungsplattformen und erwiesen sich dann als Kriegsmaschinen, die dem Feind Verluste zufügen können. Der früheste bekannte Luftsieg mit einem synchronisierten, mit Maschinengewehren bewaffneten Kampfflugzeug wurde 1915 von deutschen Luftstreitkräften erzielt Leutnant Kurt Wintgens. Kämpfer Asse erschienen; Der größte (nach Anzahl der Luftkampfsiege) war Manfred von Richthofen.

Nach dem Ersten Weltkrieg entwickelte sich die Flugzeugtechnologie weiter. Alcock und Brown überquerten 1919 zum ersten Mal nonstop den Atlantik. Die ersten internationalen kommerziellen Flüge fanden 1919 zwischen den Vereinigten Staaten und Kanada statt.[30]

Flugzeuge waren in allen großen Schlachten des Zweiten Weltkriegs präsent. Sie waren ein wesentlicher Bestandteil der militärischen Strategien dieser Zeit, wie der deutsche Blitzkrieg, die Luftschlacht um England und die amerikanischen und japanischen Flugzeugträgerkampagnen des Pazifikkrieges.

Entwicklung von Düsenflugzeugen

Das erste praktische Düsenflugzeug war das deutsche Heinkel He 178, das 1939 getestet wurde. 1943 wurde die Messerschmitt Me 262, das erste einsatzbereite Düsenjägerflugzeug, in der deutschen Luftwaffe in Dienst gestellt. Im Oktober 1947 war die Bell X-1 das erste Flugzeug, das die Schallgeschwindigkeit überschritt.[31]

Das erste Düsenflugzeug, der de Havilland Comet, wurde 1952 eingeführt. Die Boeing 707, der erste weithin erfolgreiche kommerzielle Jet, war von 1958 bis 2010 mehr als 50 Jahre im kommerziellen Dienst. Die Boeing 747 war das größte Passagierflugzeug der Welt von 1970 bis es 2005 vom Airbus A380 übertroffen wurde.

Antrieb

Propeller

Ein Flugzeugpropeller oder Luftschraubewandelt Drehbewegungen von einem Motor oder einer anderen Kraftquelle in einen wirbelnden Windschatten um, der den Propeller vorwärts oder rückwärts drückt. Es umfasst eine rotierende kraftbetriebene Nabe, an der mehrere radiale Schaufelblattschaufeln angebracht sind, so dass sich die gesamte Baugruppe um eine Längsachse dreht.[32] Drei Arten von Luftfahrttriebwerken, die zum Antrieb von Propellern verwendet werden, umfassen Hubkolbenmotoren (oder Kolbenmotoren), Gasturbinentriebwerke und Elektromotoren. Der Schub, den ein Propeller erzeugt, wird durch seine Scheibenfläche bestimmt – die Fläche, in der sich die Blätter drehen. Wenn der Bereich zu klein ist, ist der Wirkungsgrad schlecht, und wenn der Bereich groß ist, muss sich der Propeller mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit drehen, um zu vermeiden, dass Überschall entsteht und viel Lärm und nicht viel Schub erzeugt. Aufgrund dieser Einschränkung werden Propeller für Flugzeuge bevorzugt, die unter Mach 0,6 fliegen, während Jets oberhalb dieser Geschwindigkeit die bessere Wahl sind.[33]

Hubkolbenmotor

Hubkolbenmotoren in Flugzeugen haben drei Hauptvarianten: Stern-, Reihen- und Flach- oder Horizontalmotor. Der Sternmotor ist ein Hubkolben-Verbrennungsmotor, bei dem die Zylinder wie die Speichen eines Rades von einem zentralen Kurbelgehäuse nach außen “strahlen” und üblicherweise für Flugzeugtriebwerke verwendet wurden, bevor Gasturbinentriebwerke vorherrschten. Ein Reihenmotor ist ein Hubkolbenmotor mit hintereinander angeordneten Zylinderbänken anstelle von Zylinderreihen, wobei jede Bank eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweist, jedoch selten mehr als sechs, und kann wassergekühlt sein. Ein Flachmotor ist ein Verbrennungsmotor mit horizontal gegenüberliegenden Zylindern.

Gasturbine

Ein Turboprop-Gasturbinentriebwerk besteht aus einem Einlass, einem Kompressor, einer Brennkammer, einer Turbine und einer Antriebsdüse, die die Kraft von einer Welle über ein Untersetzungsgetriebe an den Propeller liefern. Die Antriebsdüse liefert einen relativ kleinen Anteil des von einem Turboprop erzeugten Schubes.

Elektromotor

Ein Elektroflugzeug wird eher mit Elektromotoren als mit Verbrennungsmotoren betrieben, wobei der Strom aus Brennstoffzellen, Solarzellen, Ultrakondensatoren und Leistungsstrahlen stammt.[34] oder Batterien. Gegenwärtig sind fliegende Elektroflugzeuge hauptsächlich experimentelle Prototypen, einschließlich bemannter und unbemannter Luftfahrzeuge, aber es gibt bereits einige Serienmodelle auf dem Markt.[35]

Jet

Das Concorde-Überschalltransportflugzeug

Düsenflugzeuge werden von Düsentriebwerken angetrieben, die verwendet werden, weil die aerodynamischen Einschränkungen von Propellern nicht für Düsenantriebe gelten. Diese Motoren sind bei einer bestimmten Größe oder einem bestimmten Gewicht viel leistungsstärker als Hubkolbenmotoren, vergleichsweise leise und funktionieren in höheren Lagen gut. Zu den Varianten des Strahltriebwerks gehören der Staustrahl und der Scramjet, die auf eine hohe Fluggeschwindigkeit und Ansauggeometrie angewiesen sind, um die Verbrennungsluft vor dem Einbringen und Zünden von Kraftstoff zu komprimieren. Raketenmotoren sorgen für Schub, indem sie einen Kraftstoff mit einem Oxidationsmittel verbrennen und Gas durch eine Düse ausstoßen.

Turbofan

Die meisten modernen Düsenflugzeuge verwenden Turbofan-Triebwerke, die die Vorteile eines Propellers ausgleichen und gleichzeitig die Abgasgeschwindigkeit und -leistung eines Düsen beibehalten. Dies ist im Wesentlichen ein Propeller mit Kanal, der an einem Strahltriebwerk angebracht ist, ähnlich wie ein Turboprop, jedoch mit einem kleineren Durchmesser. Wenn es in einem Verkehrsflugzeug installiert ist, ist es effizient, solange es unter der Schallgeschwindigkeit (oder Unterschallgeschwindigkeit) bleibt. Düsenjäger und andere Überschallflugzeuge, die nicht viel Zeit mit Überschall verbringen, verwenden häufig auch Turbofans. Um jedoch zu funktionieren, sind Luftansaugkanäle erforderlich, um die Luft zu verlangsamen, sodass sie bei Ankunft an der Vorderseite des Turbofans Unterschall ist . Beim Durchfahren des Motors wird dieser dann wieder auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Um die Leistungsabgabe weiter zu steigern, wird Kraftstoff in den Abgasstrom abgelassen, wo er sich entzündet. Dies wird als Nachbrenner bezeichnet und wurde sowohl in reinen Düsenflugzeugen als auch in Turbostrahlflugzeugen verwendet, obwohl es aufgrund des verbrauchten Treibstoffs normalerweise nur in Kampfflugzeugen verwendet wird und selbst dann nur für kurze Zeiträume verwendet werden darf. Überschallflugzeuge (z. B. Concorde) werden nicht mehr verwendet, hauptsächlich weil der Flug mit Überschallgeschwindigkeit einen Überschallknall erzeugt, der in den am dichtesten besiedelten Gebieten verboten ist, und weil der Verbrauch von Überschallflug viel höher ist.

Düsenflugzeuge verfügen über hohe Reisegeschwindigkeiten (700–900 km / h oder 430–560 mph) und hohe Start- und Landegeschwindigkeiten (150–250 km / h oder 93–155 mph). Aufgrund der für Start und Landung erforderlichen Geschwindigkeit verwenden Düsenflugzeuge Klappen und Vorderkantenvorrichtungen, um den Auftrieb und die Geschwindigkeit zu steuern. Viele Düsenflugzeuge verwenden auch Schubumkehrer, um das Flugzeug bei der Landung zu verlangsamen.

Ramjet

Künstlerkonzept der X-43A mit Scramjet an der Unterseite

Ein Staustrahl ist eine Form eines Strahltriebwerks, das keine größeren beweglichen Teile enthält und besonders in Anwendungen nützlich sein kann, die ein kleines und einfaches Triebwerk für den Hochgeschwindigkeitseinsatz erfordern, beispielsweise bei Raketen. Ramjets erfordern eine Vorwärtsbewegung, bevor sie Schub erzeugen können, und werden daher häufig in Verbindung mit anderen Antriebsformen oder mit einem externen Mittel zum Erreichen einer ausreichenden Geschwindigkeit verwendet. Die Lockheed D-21 war eine Aufklärungsdrohne mit Ramjet-Antrieb Mach 3+, die von einem Mutterflugzeug aus gestartet wurde. Ein Staustrahl nutzt die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs, um Luft durch den Motor zu drücken, ohne auf Turbinen oder Flügel zurückzugreifen. Kraftstoff wird hinzugefügt und gezündet, wodurch die Luft erwärmt und erweitert wird, um Schub bereitzustellen.[36]

Scramjet

Ein Scramjet ist ein Überschall-Ramjet und funktioniert abgesehen von Unterschieden beim Umgang mit dem internen Überschall-Luftstrom wie ein herkömmlicher Ramjet. Dieser Motortyp erfordert eine sehr hohe Anfangsdrehzahl, um zu arbeiten. Die NASA X-43, ein experimenteller unbemannter Scramjet, stellte 2004 einen Geschwindigkeitsweltrekord für ein strahlgetriebenes Flugzeug mit einer Geschwindigkeit von Mach 9,7 und einer Geschwindigkeit von fast 12.100 Stundenkilometern auf.[37]

Rakete

Im Zweiten Weltkrieg setzten die Deutschen das Raketenflugzeug Me 163 Komet ein. Das erste Flugzeug, das im Horizontalflug die Schallmauer durchbrach, war ein Raketenflugzeug – die Bell X-1. Die spätere nordamerikanische X-15 brach viele Geschwindigkeits- und Höhenrekorde und legte den Grundstein für das spätere Design von Flugzeugen und Raumfahrzeugen. Raketenflugzeuge sind heutzutage nicht üblich, obwohl raketenunterstützte Starts für einige Militärflugzeuge verwendet werden. Zu den jüngsten Raketenflugzeugen gehören die SpaceShipOne und die XCOR EZ-Rocket.

Es gibt viele raketengetriebene Flugzeuge / Raumfahrzeuge, die Raumflugzeuge, die so konstruiert sind, dass sie außerhalb der Erdatmosphäre fliegen.

Design und Herstellung

SR-71 bei Lockheed Skunk Works

Die meisten Flugzeuge werden von Unternehmen mit dem Ziel gebaut, sie in Mengen für Kunden zu produzieren. Der Entwurfs- und Planungsprozess, einschließlich Sicherheitstests, kann bei kleinen Turboprops bis zu vier Jahre oder bei größeren Flugzeugen länger dauern.

Während dieses Prozesses werden die Ziele und Designspezifikationen des Flugzeugs festgelegt. Zunächst verwendet das Bauunternehmen Zeichnungen und Gleichungen, Simulationen, Windkanaltests und Erfahrungen, um das Verhalten des Flugzeugs vorherzusagen. Computer werden von Unternehmen verwendet, um das Flugzeug zu zeichnen, zu planen und erste Simulationen durchzuführen. Kleine Modelle und Modelle aller oder bestimmter Teile des Flugzeugs werden dann in Windkanälen getestet, um die Aerodynamik zu überprüfen.

Wenn das Design diese Prozesse durchlaufen hat, konstruiert das Unternehmen eine begrenzte Anzahl von Prototypen für Tests vor Ort. Vertreter einer Luftfahrtbehörde machen oft einen Erstflug. Die Flugtests werden fortgesetzt, bis das Flugzeug alle Anforderungen erfüllt hat. Anschließend ermächtigt die zuständige Luftfahrtbehörde des Landes das Unternehmen, mit der Produktion zu beginnen.

In den USA ist diese Agentur die Federal Aviation Administration (FAA) und in der Europäischen Union die European Aviation Safety Agency (EASA). In Kanada ist Transport Canada die für die Massenproduktion von Flugzeugen zuständige Behörde.

Wenn ein Teil oder eine Komponente für praktisch jede Luft- und Raumfahrt- oder Verteidigungsanwendung durch Schweißen miteinander verbunden werden muss, muss es die strengsten und spezifischsten Sicherheitsvorschriften und -standards erfüllen. Nadcap oder das National Aerosposp- and Defense Contractors Accreditation Program legt globale Anforderungen an Qualität, Qualitätsmanagement und Qualitätssicherung für die Luft- und Raumfahrttechnik fest.[38]

Bei internationalen Verkäufen ist auch eine Genehmigung der Luftfahrt- oder Transportbehörde des Landes erforderlich, in dem das Flugzeug eingesetzt werden soll. Beispielsweise müssen Flugzeuge des europäischen Unternehmens Airbus von der FAA zertifiziert sein, um in den USA geflogen zu werden, und Flugzeuge von Boeing mit Sitz in den USA müssen von der EASA genehmigt werden, um in der Europäischen Union geflogen zu werden.[citation needed]

Die Vorschriften haben zu einer Verringerung des Lärms von Flugzeugtriebwerken als Reaktion auf die erhöhte Lärmbelastung durch das Wachstum des Flugverkehrs über städtischen Gebieten in der Nähe von Flughäfen geführt.[citation needed]

Kleine Flugzeuge können von Amateuren als Eigenheime entworfen und gebaut werden. Andere selbstgebaute Flugzeuge können unter Verwendung vorgefertigter Kits von Teilen zusammengebaut werden, die zu einer Basisebene zusammengebaut werden können und dann vom Hersteller fertiggestellt werden müssen.[39]

Nur wenige Unternehmen produzieren Flugzeuge in großem Maßstab. Die Herstellung eines Flugzeugs für ein Unternehmen ist jedoch ein Prozess, an dem tatsächlich Dutzende oder sogar Hunderte anderer Unternehmen und Werke beteiligt sind, die die Teile herstellen, die in das Flugzeug gelangen. Beispielsweise kann ein Unternehmen für die Herstellung des Fahrwerks verantwortlich sein, während ein anderes für das Radar verantwortlich ist. Die Herstellung solcher Teile ist nicht auf dieselbe Stadt oder dasselbe Land beschränkt. Bei großen Flugzeugherstellern können solche Teile aus der ganzen Welt stammen.[citation needed]

Die Teile werden an das Hauptwerk der Flugzeugfirma geschickt, wo sich die Produktionslinie befindet. Bei großen Flugzeugen können Produktionslinien vorhanden sein, die für die Montage bestimmter Teile des Flugzeugs vorgesehen sind, insbesondere der Tragflächen und des Rumpfes.[citation needed]

Nach Fertigstellung wird ein Flugzeug streng auf Unvollkommenheiten und Mängel überprüft. Nach der Genehmigung durch die Inspektoren wird das Flugzeug einer Reihe von Flugtests unterzogen, um sicherzustellen, dass alle Systeme ordnungsgemäß funktionieren und das Flugzeug ordnungsgemäß funktioniert. Nach Bestehen dieser Tests ist das Flugzeug bereit, die “letzten Ausbesserungen” (interne Konfiguration, Lackierung usw.) zu erhalten, und ist dann für den Kunden bereit.[citation needed]

Eigenschaften

Zelle

Die Bauteile eines Starrflügelflugzeugs werden als Flugzeugzelle bezeichnet. Die vorhandenen Teile können je nach Typ und Zweck des Flugzeugs variieren. Frühe Typen bestanden normalerweise aus Holz mit Stoffflügeloberflächen. Als Triebwerke vor etwa hundert Jahren für den Motorflug verfügbar wurden, bestanden ihre Halterungen aus Metall. Dann, als die Geschwindigkeit zunahm, wurden immer mehr Teile zu Metall, bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs Ganzmetallflugzeuge üblich waren. In der heutigen Zeit wurden zunehmend Verbundwerkstoffe verwendet.

Typische Bauteile sind:

  • Eine oder mehrere große horizontale Flügel, oft mit einer Tragflächenquerschnittsform. Der Flügel lenkt die Luft nach unten, während sich das Flugzeug vorwärts bewegt, und erzeugt eine Auftriebskraft, um es im Flug zu unterstützen. Der Flügel sorgt auch für Rollstabilität, um zu verhindern, dass das Flugzeug im Dauerflug nach links oder rechts rollt.

Die An-225 Mriya, die eine Nutzlast von 250 Tonnen tragen kann, verfügt über zwei vertikale Stabilisatoren.
  • EIN RumpfEin langer, dünner Körper, normalerweise mit sich verjüngenden oder abgerundeten Enden, um seine Form aerodynamisch glatt zu machen. Der Rumpf verbindet die anderen Teile der Flugzeugzelle und enthält normalerweise wichtige Dinge wie den Piloten, die Nutzlast und die Flugsysteme.
  • EIN Vertikal-Stabilisierer oder Flosse ist eine vertikale flügelartige Oberfläche, die an der Rückseite der Ebene angebracht ist und typischerweise darüber vorsteht. Die Flosse stabilisiert das Gieren des Flugzeugs (nach links oder rechts drehen) und montiert das Ruder, das seine Drehung entlang dieser Achse steuert.
  • EIN Horizontaler Stabilisierer oder Leitwerk, normalerweise am Leitwerk in der Nähe des vertikalen Stabilisators montiert. Der horizontale Stabilisator wird verwendet, um die Neigung des Flugzeugs zu stabilisieren (nach oben oder unten kippen) und die Aufzüge zu montieren, die eine Neigungssteuerung ermöglichen.
  • Fahrwerk, eine Reihe von Rädern, Kufen oder Schwimmern, die das Flugzeug auf der Oberfläche tragen. Bei Wasserflugzeugen stützt ihn der Rumpfboden oder die Schwimmer (Pontons) auf dem Wasser. In einigen Flugzeugen fährt das Fahrwerk während des Fluges ein, um den Luftwiderstand zu verringern.

Flügel

Die Flügel eines Starrflügelflugzeugs sind statische Ebenen, die sich zu beiden Seiten des Flugzeugs erstrecken. Wenn das Flugzeug vorwärts fliegt, strömt Luft über die Flügel, die so geformt sind, dass sie Auftrieb erzeugen. Diese Form wird als Tragflügel bezeichnet und ist wie ein Vogelflügel geformt.

Flügelstruktur

Flugzeuge haben flexible Flügeloberflächen, die über einen Rahmen gespannt und durch die Auftriebskräfte, die der Luftstrom über sie ausübt, steif gemacht werden. Größere Flugzeuge haben starre Flügelflächen, die zusätzliche Festigkeit bieten.

Ob flexibel oder starr, die meisten Flügel haben einen starken Rahmen, um ihnen ihre Form zu geben und den Auftrieb von der Flügeloberfläche auf den Rest des Flugzeugs zu übertragen. Die Hauptstrukturelemente sind ein oder mehrere Holme, die von der Wurzel bis zur Spitze verlaufen, und viele Rippen, die von der Vorder- (Vorder-) zur Hinterkante (Hinterkante) verlaufen.

Frühe Flugzeugtriebwerke hatten wenig Leistung und Leichtigkeit war sehr wichtig. Außerdem waren frühe Tragflächenabschnitte sehr dünn und konnten keinen starken Rahmen aufweisen. Bis in die 1930er Jahre waren die meisten Flügel zu leicht, um genügend Festigkeit zu haben, und es wurden externe Streben und Drähte hinzugefügt. Als die verfügbare Motorleistung in den 1920er und 30er Jahren zunahm, konnten die Flügel so schwer und stark gemacht werden, dass keine Aussteifung mehr erforderlich war. Diese Art von nicht umschlossenem Flügel wird als Auslegerflügel bezeichnet.

Flügelkonfiguration

Die Anzahl und Form der Flügel variiert stark je nach Typ. Eine gegebene Flügelebene kann eine volle Spannweite haben oder durch einen zentralen Rumpf in Backbordflügel (links) und Steuerbordflügel (rechts) unterteilt sein. Gelegentlich wurden noch mehr Flügel eingesetzt, wobei der dreiflügelige Dreidecker im Ersten Weltkrieg einen gewissen Ruhm erlangte. Das vierflügelige Quadruplane- und andere Multiplane-Design hatte wenig Erfolg.

Ein Eindecker hat eine einzelne Flügelebene, ein Doppeldecker hat zwei übereinander gestapelte, ein Tandemflügel hat zwei hintereinander angeordnete. Als die verfügbare Motorleistung in den 1920er und 30er Jahren zunahm und keine Verstrebung mehr erforderlich war, wurde das Monoplane ohne oder ohne Ausleger zur häufigsten Form des angetriebenen Typs.

Die Flügelplanform ist die Form von oben gesehen. Um aerodynamisch effizient zu sein, sollte ein Flügel gerade sein und eine lange Spannweite von einer Seite zur anderen haben, aber eine kurze Sehne haben (hohes Seitenverhältnis). Um jedoch strukturell effizient und damit leicht zu sein, muss ein Flügel eine kurze Spannweite haben, aber dennoch genügend Fläche, um Auftrieb zu bieten (niedriges Seitenverhältnis).

Bei transsonischen Geschwindigkeiten (nahe der Schallgeschwindigkeit) hilft es, den Flügel vorwärts oder rückwärts zu fegen, um den Luftwiderstand von Überschallschockwellen zu verringern, sobald sie sich zu bilden beginnen. Der überstrichene Flügel ist nur ein gerader Flügel, der vorwärts oder rückwärts überstrichen wird.

Der Deltaflügel ist eine Dreiecksform, die aus mehreren Gründen verwendet werden kann. Als flexibler Rogallo-Flügel ermöglicht er eine stabile Form unter aerodynamischen Kräften und wird daher häufig für ultraleichte Flugzeuge und sogar Drachen verwendet. Als Überschallflügel kombiniert er hohe Festigkeit mit geringem Luftwiderstand und wird daher häufig für schnelle Jets verwendet.

Ein Flügel mit variabler Geometrie kann im Flug in eine andere Form geändert werden. Der Flügel mit variablem Sweep verwandelt sich zwischen einer effizienten geraden Konfiguration für Start und Landung in eine Konfiguration mit geringem Luftwiderstand für Hochgeschwindigkeitsflüge. Andere Formen der variablen Planform wurden geflogen, aber keine hat die Forschungsphase überschritten.

Rumpf

EIN Rumpf ist ein langer, dünner Körper, normalerweise mit sich verjüngenden oder abgerundeten Enden, um seine Form aerodynamisch glatt zu machen. Der Rumpf kann die Flugbesatzung, Passagiere, Fracht oder Nutzlast, Treibstoff und Triebwerke enthalten. Die Piloten bemannter Flugzeuge bedienen sie von einem Cockpit Befindet sich vorne oder oben am Rumpf und ist mit Bedienelementen und normalerweise Fenstern und Instrumenten ausgestattet. Ein Flugzeug kann mehr als einen Rumpf haben, oder es kann mit Auslegern ausgestattet sein, deren Heck sich zwischen den Auslegern befindet, damit das äußerste Heck des Rumpfes für eine Vielzahl von Zwecken nützlich sein kann.

Flügel gegen Körper

Fliegender Flügel

Ein fliegender Flügel ist ein schwanzloses Flugzeug, das keinen bestimmten Rumpf hat. Der größte Teil der Besatzung, der Nutzlast und der Ausrüstung befindet sich in der Hauptflügelstruktur.[40]

Die Konfiguration der fliegenden Flügel wurde in den 1930er und 1940er Jahren eingehend untersucht, insbesondere von Jack Northrop und Cheston L. Eshelman in den USA sowie von Alexander Lippisch und den Brüdern Horten in Deutschland. Nach dem Krieg basierten mehrere experimentelle Entwürfe auf dem Konzept des fliegenden Flügels, aber die bekannten Schwierigkeiten blieben unlösbar. Das allgemeine Interesse hielt bis in die frühen 1950er Jahre an, aber die Designs boten nicht unbedingt einen großen Vorteil in der Reichweite und stellten verschiedene technische Probleme dar, was zur Einführung “herkömmlicher” Lösungen wie der Convair B-36 und der B-52 Stratofortress führte. Aufgrund des praktischen Bedarfs an einem tiefen Flügel ist das Konzept des fliegenden Flügels am praktischsten für Konstruktionen im langsamen bis mittleren Geschwindigkeitsbereich, und es besteht ein kontinuierliches Interesse daran, es als taktisches Luftheberdesign zu verwenden.

Das Interesse an fliegenden Flügeln wurde in den 1980er Jahren aufgrund ihrer möglicherweise geringen Radarreflexionsquerschnitte erneuert. Die Stealth-Technologie basiert auf Formen, die Radarwellen nur in bestimmten Richtungen reflektieren. Dadurch ist das Flugzeug nur schwer zu erkennen, wenn sich der Radarempfänger an einer bestimmten Position relativ zum Flugzeug befindet – eine Position, die sich kontinuierlich ändert, wenn sich das Flugzeug bewegt. Dieser Ansatz führte schließlich zum Stealth-Bomber Northrop B-2 Spirit. In diesem Fall sind die aerodynamischen Vorteile des fliegenden Flügels nicht die Hauptbedürfnisse. Moderne computergesteuerte Fly-by-Wire-Systeme ermöglichten es jedoch, viele der aerodynamischen Nachteile des fliegenden Flügels zu minimieren, was zu einem effizienten und stabilen Langstreckenbomber führte.

Gemischter Flügelkörper

Gemischte Flügelkörperflugzeuge haben einen abgeflachten und schaufelblattförmigen Körper, der den größten Teil des Auftriebs erzeugt, um sich selbst in der Luft zu halten, und unterschiedliche und getrennte Flügelstrukturen, obwohl die Flügel nahtlos in den Körper eingemischt sind.

So enthalten Flugzeuge mit gemischtem Flügelkörper Konstruktionsmerkmale sowohl aus einem futuristischen Rumpf als auch aus einem Design mit fliegenden Flügeln. Die angeblichen Vorteile des Ansatzes mit gemischten Flügelkörpern sind effiziente Flügel mit hohem Auftrieb und ein breiter, schaufelblattförmiger Körper. Dies ermöglicht es dem gesamten Fahrzeug, einen Beitrag zur Auftriebserzeugung zu leisten, was zu einem potenziell erhöhten Kraftstoffverbrauch führt.

Körper heben

Die Martin Aircraft Company X-24 wurde im Rahmen eines experimentellen US-Militärprogramms von 1963 bis 1975 gebaut.

Ein Hebekörper ist eine Konfiguration, bei der der Körper selbst Auftrieb erzeugt. Im Gegensatz zu einem fliegenden Flügel, bei dem es sich um einen Flügel mit minimalem oder keinem konventionellen Rumpf handelt, kann ein Hubkörper als Rumpf mit wenig oder keinem konventionellen Flügel betrachtet werden. Während ein fliegender Flügel versucht, die Reiseeffizienz bei Unterschallgeschwindigkeiten zu maximieren, indem nicht anhebende Oberflächen eliminiert werden, minimieren Hebekörper im Allgemeinen den Luftwiderstand und die Struktur eines Flügels für den Unterschall-, Überschall- und Hyperschallflug oder den Wiedereintritt von Raumfahrzeugen. Alle diese Flugregime stellen die ordnungsgemäße Flugstabilität vor Herausforderungen. Hebekörper waren in den 1960er und 70er Jahren ein wichtiges Forschungsgebiet, um ein kleines und leichtes bemanntes Raumschiff zu bauen. Die USA bauten mehrere berühmte Raketenflugzeuge mit Hubkörper, um das Konzept zu testen, sowie mehrere Raketenraketen, die über dem Pazifik getestet wurden. Das Interesse ließ nach, als die US-Luftwaffe das Interesse an der bemannten Mission verlor, und die große Entwicklung endete während des Designprozesses des Space Shuttles, als klar wurde, dass die stark geformten Rümpfe die Montage von Kraftstofftanks erschwerten.

Leitwerk und Vorflugzeug

Der klassische Tragflächenprofilflügel ist im Flug instabil und schwer zu kontrollieren. Flexible Flügeltypen sind häufig auf eine Ankerleine oder das Gewicht eines darunter hängenden Piloten angewiesen, um die richtige Fluglage beizubehalten. Einige frei fliegende Typen verwenden ein angepasstes Tragflächenprofil, das stabil ist, oder andere ausgeklügelte Mechanismen, einschließlich zuletzt der elektronischen künstlichen Stabilität.

Um Stabilität und Kontrolle zu erreichen, haben die meisten Starrflügeltypen ein Leitwerk, das eine Flanke und ein Ruder umfasst, die horizontal wirken, sowie ein Leitwerk und einen Höhenruder, die vertikal wirken. Diese Steuerflächen können typischerweise getrimmt werden, um Steuerkräfte für verschiedene Flugphasen zu entlasten. Dies ist so häufig, dass es als herkömmliches Layout bekannt ist. Manchmal gibt es zwei oder mehr Flossen, die entlang des Leitwerks verteilt sind.

Einige Typen haben ein horizontales “Canard” -Vorflugzeug vor dem Hauptflügel anstatt dahinter.[41][42][43] Diese Vorderebene kann zum Auftrieb, zur Trimmung oder Steuerung des Flugzeugs oder zu mehreren davon beitragen.

Bedienelemente und Instrumente

Ein Cockpit für Leichtflugzeuge (Robin DR400 / 500)

Flugzeuge haben komplexe Flugsteuerungssysteme. Die Hauptsteuerungen ermöglichen es dem Piloten, das Flugzeug durch Steuern der Fluglage (Rollen, Neigen und Gieren) und des Triebwerksschubs in die Luft zu lenken.

In bemannten Flugzeugen liefern Cockpit-Instrumente den Piloten Informationen, einschließlich Flugdaten, Triebwerksleistung, Navigation, Kommunikation und anderer Flugzeugsysteme, die installiert werden können.

Sicherheit

Wenn das Risiko an Todesfällen pro Passagierkilometer gemessen wird, ist der Flugverkehr ungefähr zehnmal sicherer als der Bus- oder Bahnverkehr. Bei Verwendung der Statistik Todesfälle pro Reise ist Flugreisen jedoch erheblich gefährlicher als Auto-, Bahn- oder Busreisen.[44] Flugreisen sind aus diesem Grund relativ teuer – Versicherer verwenden im Allgemeinen die Statistik der Todesfälle pro Reise.[45] Es gibt einen signifikanten Unterschied zwischen der Sicherheit von Verkehrsflugzeugen und der von kleineren Privatflugzeugen. Die Statistik pro Meile zeigt, dass Verkehrsflugzeuge 8,3-mal sicherer sind als kleinere Flugzeuge.[46]

Umweltbelastung

Wie alle Aktivitäten im Zusammenhang mit der Verbrennung setzen Flugzeuge mit fossilen Brennstoffen Ruß und andere Schadstoffe in die Atmosphäre frei. Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2) werden ebenfalls produziert. Darüber hinaus gibt es für Flugzeuge spezifische Umweltauswirkungen: zum Beispiel

  • Flugzeuge, die in großen Höhen in der Nähe der Tropopause operieren (hauptsächlich Großjet-Flugzeuge), emittieren Aerosole und hinterlassen Kondensstreifen, die beide die Bildung von Zirruswolken erhöhen können. Die Wolkendecke kann seit der Geburt der Luftfahrt um bis zu 0,2% zugenommen haben.[47]
  • Flugzeuge, die in großen Höhen nahe der Tropopause operieren, können auch Chemikalien freisetzen, die in diesen Höhen mit Treibhausgasen interagieren, insbesondere Stickstoffverbindungen, die mit Ozon interagieren und die Ozonkonzentration erhöhen.[48][49]
  • Die meisten Leichtkolbenflugzeuge verbrennen Avgas, das Tetraethylblei (TEL) enthält. Einige Kolbenmotoren mit niedrigerer Kompression können mit bleifreiem Mogas und Turbinentriebwerken betrieben werden, und Dieselmotoren – von denen keines Blei benötigt – werden in einigen neueren Leichtflugzeugen verwendet. Einige umweltfreundliche leichte Elektroflugzeuge sind bereits in Produktion.

Eine weitere Umweltbelastung von Flugzeugen ist die Lärmbelastung, die hauptsächlich durch das Starten und Landen von Flugzeugen verursacht wird.

Siehe auch

Verweise

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Literaturverzeichnis

  • Blatner, David. Das Flugbuch: Alles, was Sie sich jemals über das Fliegen in Flugzeugen gewundert haben. ISBN 0-8027-7691-4

Externe Links


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