Luftfahrt

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Einleitung

Luftfahrt, Wissenschaft, Technik und Praxis des Flugwesens. Luftfahrzeuge „schwerer als Luft” umfassen Flugzeuge, Segelflugzeuge, Hubschrauber (auch Helikopter), Muskelkraftflugzeuge, Senkrechtstart- und Landeflugzeuge. Luftfahrzeuge „leichter als Luft” umfassen Ballone und lenkbare Prall- und Starrluftschiffe. Man unterteilt Militär- und Zivilluftfahrt und Letztere wieder in Verkehrs- und allgemeine Luftfahrt. Unter Militärluftfahrt versteht man alle Formen des militärischen Einsatzes von Luftfahrzeugen und Flugkörpern in der Bekämpfung von Luft- und Bodenzielen, im Nachschub und Transport. Verkehrsluftfahrt umschließt den Linien- und Charterflug, die allgemeine Luftfahrt alle anderen Formen des Flugwesens, wie Sport- und Geschäftsreiseflug, Fliegen in der Ausbildung, Wissenschaft, Luftbild, Vermessung und Landwirtschaft.

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Vom Mythos zur Wirklichkeit

Dädalus, ein berühmter griechischer Baumeister, baute für sich und seinen Sohn Ikarus aus Federn und Wachs Flügel, um damit aus dem Gefängnis des Königs Minos zu entfliehen. Ikarus, einmal in der Luft, wollte höher hinaus, die Welt von oben betrachten; er kam der Sonne zu nahe, das Wachs schmolz, und er stürzte ab. Diese Sage, vom römischen Dichter Ovid (43 v. Chr. bis 18 n. Chr.) in epischer Breite geschildert, charakterisiert die wesentlichen Antriebskräfte in der Entwicklung der Flugtechnik: Verbesserung der Lebensbedingungen und der Drang, die Erdgebundenheit zu überwinden und Träume zu verwirklichen. Ähnliche Sagen, Mythen und Träume finden sich zu allen Zeiten und in allen Kulturkreisen.

Erste konkrete Entwürfe für Flugapparate, noch in Anlehnung an das Beispiel des Vogels und der Fledermaus, stammen von Leonardo da Vinci (um 1500). G. A. Borelli wies aber schon nach, dass der Mensch im Vergleich zum Vogel viel zu wenig Muskelmasse hat, um jemals aus eigener Kraft fliegen zu können (Über die Bewegung der Lebewesen, 1680). Die ersten Luftreisen gelangen dann auch nach dem Prinzip „leichter als Luft”, mit Luftfahrzeugen also, die statischen Auftrieb erzeugen. Am 21. November 1783 stieg in Paris der erste, mit zwei Männern besetzte Heißluftballon der Brüder Montgolfier in den Luftraum auf; am 1. Dezember folgte der Wasserstoffballon des Physikers J. A. C. Charles. Ballone, meist prachtvoll bemalt, hielten im 19. Jahrhundert durch spektakuläre Aufstiege das Interesse am Fliegen wach und regten deren Weiterentwicklung zum lenkbaren Luftschiff an (Giffard 1852, Renard und Krebs 1884, Santos Dumont 1901).

Die Ära des tatsächlich lenkbaren Luftschiffes begann mit dem ersten Aufstieg eines Zeppelins am 1. Juli 1900 über dem Bodensee. Ferdinand Graf von Zeppelin hatte ihn geschaffen. Die starre Struktur bestand aus dem einstmals exotischen Leichtmetall Aluminium, das kurz zuvor durch ein neues elektrolytisches Verfahren um den Faktor tausend billiger geworden und deshalb überhaupt bezahlbar war. Um 1909 erfand Alfred Wilm das Duraluminium, eine Kupfer-Magnesium-Legierung des Aluminiums mit hoher Festigkeit, das zum Flugzeugwerkstoff schlechthin werden sollte. Mit Zeppelin-Luftschiffen wurde um 1910 erstmals kommerzieller Luftverkehr aufgenommen und in den dreißiger Jahren sogar ein regulärer Luftverkehr über den Atlantik durchgeführt. Im Mai 1937 explodierte das mit Wasserstoff gefüllte Luftschiff LZ 129 „Hindenburg” bei der Landung in Lakehurst bei New York; 36 Passagiere fanden den Tod; das bedeutete das Ende der Luftschifffahrt. Nur die so genannten Prall-Luftschiffe (Blimps) hielten sich als Werbeträger am Leben.

Anfang des 21. Jahrhunderts versucht ein deutsches Unternehmen unter Ausnutzung modernster Technologie, das Luftschiff als Transportmittel wieder zu beleben – und zwar als fliegenden Kran für sperrige Schwerstlasten. Der CargoLifter, ein 260 Meter langes halbstarres Luftschiff (also kein Starrluftschiff wie die Zeppeline), das vom Volumen her (etwa 550 000 Kubikmeter) mehr als doppelt so groß ist wie die Hindenburg (200 000 Kubikmeter), soll mit einer Last von 160 Tonnen mit einer Geschwindigkeit von über 100 Kilometern pro Stunde gut 10 000 Kilometer weit im Nonstopflug „fahren” können. Der Gedanke ist faszinierend: Der Transport eines 100 Tonnen schweren Dampfturbinensatzes von Deutschland nach Indien gestaltet sich auf dem Luftweg viel unproblematischer und schneller als auf dem Land- und Seeweg. Dafür ist auch ein hoher Preis gerechtfertigt. Die Halle für den CargoLifter CL 160 wurde Ende 2000 fertig gestellt. Sie ist mit 360 Meter Länge, 210 Meter Breite und 107 Meter Höhe die größte freitragende Halle der Welt. Im Jahr 2003/04 soll der CargoLifter in Dienst gestellt werden. Man darf gespannt sein, ob dieses technisch und wirtschaftlich höchst anspruchsvolle und gewagte Projekt – ein modernes Abenteuer der Technik – gelingt. Über 16 000 Aktionäre sind optimistisch.

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Der dynamische Flug oder das Prinzip „schwerer als Luft”

Die vielfältigen Versuche, den Vogelflug nachzuahmen, mussten alle fehlschlagen; zu komplex ist die so einfach und mühelos aussehende Bewegung des Vogels in „sechs Freiheitsgraden”, was es, technisch-physikalisch ausgedrückt, eigentlich ist: Der freie Flug ermöglicht drei Bewegungsrichtungen in der horizontalen und vertikalen Ebene und drei Rotationsbewegungen um die Längs-, Quer- und Hochachse. Die Beherrschung dieser sechs Freiheitsgrade macht das Fliegen so faszinierend, aber auch, neben der Erzeugung von ausreichend Auftrieb und Vortrieb, so problematisch.

Der englische Gelehrte Sir George Cayley wies um 1809 den richtigen Weg. Er trennte die Grundfunktionen des Fliegens – Auftrieb, Vortrieb und Steuerung – in drei Einzelaufgaben auf und machte eine Prinzipskizze des Flugzeugs, in der z. B. die Steuerungsflächen hinten liegen. Dennoch blieben die zahllosen Versuche im 19. Jahrhundert noch ohne Erfolg (Stringfellow, Henson, Wenham und Maxim in England; Le Bris, du Temple, Pénaud und Ader in Frankreich; Mozhaiski in Russland).

Den Durchbruch zur Beherrschung des Gleitflugs schaffte Otto Lilienthal (1848-1896). Von 1891 bis zu seinem tödlichen Absturz am 9. August 1896 gelangen ihm mit ständig verbesserten Eindeckern und Doppeldeckern über 2 000 Gleitflüge. Lilienthal hatte an der „Gewerbe Akademie” (jetzt Technische Universität) in Berlin bei einem der renommiertesten Ingenieurwissenschaftler (Franz Reuleaux) eine fundierte Ingenieurausbildung genossen und war das Flugproblem entsprechend systematisch und experimentell-wissenschaftlich angegangen. Anders als in England (Pilcher), Frankreich (Ferber) und den USA (Wright) wurden in Deutschland seine Fortschritte wenig beachtet.

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Vom Gleit- zum Motorflug

Die amerikanischen Brüder Wilbur (1867-1912) und Orville (1871-1948) Wright schafften den Schritt zum ersten gesteuerten Motorflug. Am 17. Dezember 1903 erhob sich ihr Flugzeug, von Orville gesteuert, nach kurzem Anlauf auf einer horizontalen Startschiene, mit eigener Motorkraft vom Erdboden und blieb zwölf Sekunden in der Luft. Der vierte Flug an diesem Tag, von Wilbur gesteuert, dauerte schon fast eine Minute. Auch die Arbeitsweise der Wrights zeichnete sich durch ein außerordentlich systematisch-experimentelles Vorgehen aus. Der Propeller und ein leichter Benzinmotor stammten ebenfalls von ihnen. Bis 1908 blieben die Flugzeuge der Wrights allen anderen Konstruktionen weit überlegen.

In Europa machte der in Paris lebende Brasilianer Alberto Santos Dumont im Herbst 1906 den ersten öffentlich beobachteten und anerkannten Flug.

Die Wrights und Santos Dumont flogen so genannte Entenflugzeuge. Das Höhensteuer liegt hierbei vorn, während Tragfläche und Antrieb (eventuell auch das Seitensteuer) hinten angebracht sind. Das ist zwar von der Effizienz her günstiger, aber bei böigem Wind schwieriger zu fliegen. Durchgesetzt hat sich später das hinten liegende Höhen- und Seitensteuer, das eine gewisse Eigenstabilität lieferte.

Das Jahr 1909 ging mit mehreren Ereignissen in die Luftfahrtgeschichte ein: Am 25. Juli überflog der Franzose Louis Blériot den Ärmelkanal, im August zeigte der Flugtag in Reims erstmals einer breiten Öffentlichkeit, welche Möglichkeiten das Flugzeug bot, und im September machte auch der erste Deutsche, Hans Grade, auf einem selbst gebauten Flugzeug einen erfolgreichen Flug und gewann damit den mit 40 000 Mark dotierten Lanz-Preis der Lüfte. Besonders die Militärs, auf die Verwendbarkeit des Flugzeugs als Waffe aufmerksam gemacht, investierten in zunehmendem Maße in die Entwicklung der Luftfahrtforschung und -entwicklung. Forschungsanstalten entstanden in Deutschland (bereits 1907 die Aerodynamische Versuchsanstalt AVA in Göttingen und 1912 die Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt in Berlin-Adlershof), in England (1912 das Royal Aeronautical Establishment in Farnborough) und in Frankreich (Gustave Eiffel gründete 1909 eine Aerodynamische Forschungsanstalt in Paris). Die AVA wurde unter der Leitung von Ludwig Prandtl zur Geburtsstätte der Aerodynamik. Kein Bereich der Technik war, bedingt durch das Problem des Fliegens an sich und durch die (militärische) Aufgabenstellung, so auf wissenschaftliche Forschung angewiesen wie die Flugtechnik.

Mit Blick auf die Leistung der Flugzeuge des potentiellen Gegners – die politischen Spannungen nahmen um 1910 bereits zu – wurden immer neue Rekorde in Fluggeschwindigkeit, Flughöhe und Reichweite angestrebt. Hohe Preise, wie der Kaiserpreis für den besten Flugmotor, stachelten den Ehrgeiz der Ingenieure an. Typische Flugzeuge vor dem 1. Weltkrieg waren z. B. die österreichisch-deutsche Rumpler Etrich Taube, ein Eindecker, der als das sicherste Flugzeug galt; die französische Deperdussin mit 200 Kilometern pro Stunde das schnellste Flugzeug und die russische viermotorige Sikorskij „Ilja Muromez” (1913), das größte (und langsamste) Flugzeug. Igor Sikorskij wanderte in den zwanziger Jahren in die USA aus, baute dort große Flugboote und erlangte später als einer der Begründer der Hubschraubertechnik (deshalb Mr. Helicopter genannt) Weltruhm.