Aerodynamik 4

Vom Windkanal zur Superellipse

Fast unvereinbar: Sehr gutes Steigen, exzellentes Gleiten auch bei hohen Geschwindigkeiten, optimale Kreisflugleistungen sowie insgesamt sehr gutmütige Flugeigenschaften. Diese Wünsche konnten mit der Antares erfüllt werden.

Der aerodynamische Entwurf ist das Ergebnis eines mehrjährigen Forschungsprojekts und wurde kompromisslos aus einem Guss gestaltet. Alle denkbaren Optimierungschancen wurden dabei genutzt. Neun verschiedene exakt aufeinander abgestimmte Tragflächenprofile sorgen für minimalen Profilwiderstand. Die laminare Laufstrecke auf der Unterseite der Profile reicht dabei bis zu 95 Prozent der Profiltiefe.

Zackenband erzwingt den Umschlag in turbulente Grenzschicht. Diese Form der Grenzschichtbeeinflussung weist Untersuchungen im Auftrag von Lange Aviation zufolge keine nennenswerten Unterschiede zur Ausblasung in die Grenzschicht auf, wenn sie korrekt an die vorherrschende Grenzschicht angepasst wird. Sie ist zudem weniger empfindlich gegen Verschmutzung und Beschädigungen.

Auf der Profiloberseite ist die Umströmung bis zu 75 Prozent der Profiltiefe laminar. Dies repräsentiert den derzeit höchsten erreichbaren Wert für Profile ohne Grenzschichtabsaugung. Außerdem ist für den Schnellflug eine zusätzliche negative Wölbklappenstellung (–3°) wählbar. Im Ergebnis können sehr hohe Geschwindigkeiten mit bisher unerreichten Gleitleistungen ausgeflogen werden.

Erst bei Fluggeschwindigkeiten von 220 bis 245 km/h (abhängig von der Flächenbelastung) fallen die Profile aus der Laminardelle heraus.

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Tragflächengrundriss

Eine extrem schlanke Superellipse beschreibt den Tragflächengrundriss der Antares. Mit dieser Geometrie wird der induzierte Widerstand auf das theoretisch mögliche Minimum reduziert. Dies entspricht den optimalen Werten des ungeschränkten elliptischen Tragflügels, ohne dass dabei dessen kritisches Überziehverhalten in Kauf genommen werden müsste.

Die tiefen Außenflügel und Winglets bewirken sehr gutmütige Eigenschaften. Die Winglets ermöglichen zudem eine Absenkung des induzierten Widerstands um weitere 5%. Somit beträgt der induzierte Widerstand des 21,5 m-Flügels nur noch 95% des ebenen elliptischen Flügels.

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Aerodynamik 6

Detailperfektion

Die Antares verfügt über eine ausreichend große, den Anforderungen eines Motorseglers angepasste Flügelfläche. In Verbindung mit der hohen Streckung garantiert sie ausgezeichnetes Steigvermögen bei geringstem induzierten Widerstand.

Tragflächen und Winglets sind als Einheit konzipiert. In perfekter Abstimmung mit den Tragfläche verringern die Winglets somit deutlich den Luftwiderstand und verbessern gleichzeitig die Flugeigenschaften

Der kompakte Motor des Elektroantriebes ermöglicht die Realisation einer optimalen Einschnürung des Rumpfes und damit eine weitere Reduktion des Luftwiderstandes

Übliche aerodynamische Leistungsverluste im Bereich des Rumpf-Flächen-Übergangs werden durch eine besondere Auslegung der Rumpfsektion und durch die Verwendung von speziellen Turbulenzprofilen im rumpfnahen Bereich minimiert.

Handling

Die Antares ist durch die Auslegung der Flügelklappen als durchgehende Flaperons extrem wendig. Die Klappensteuerung erfolgt durch ein neuartiges Steuersystem. Darüber hinaus konnte durch die konsequente Verwendung von hochqualitativen Kugellagern statt Gleitlagern der Reibungswiderstand in der gesamten Steuerung erheblich reduziert werden, was eine sehr leichtgängige Steuerung zur Folge hat.

Große Leitwerksflächen mit hohen Streckungen und modernsten Profilen gewährleisten eine perfekte Steuerbarkeit unter allen Flugbedingungen und Beladungszuständen bei geringstmöglichen Leitwerkswiderständen.

Hochausfahrende, dreistöckige Schempp-Hirth-Bremsklappen erlauben steile und sichere Landeanflüge bei geringem Auftriebsverlust. Dies bewirkt, dass sich die Überziehgeschwindigkeit durch das Ausfahren der Klappen nicht wesentlich erhöht.

All diese Faktoren machen die Antares zu einem sehr leichtgängig zu steuernden, äußerst agilen Flugzeug, ohne dass es „nervös“ wirkt. Die Antares fliegt stabil, reagiert gleichzeitig sehr mitteilsam auf thermische Aktivitäten und bietet eine Wendigkeit vergleichbar mit 15 m-Fliegern. Zum Beispiel wird für den +/– 45°-Kurvenwechsel bei 115 km/h in neutraler Klappenstellung nur eine Zeit von 3,4 s für die Antares 21E (Antares23: 3,2 s; Antares20 3,2s) benötigt.

Antares 23 – Gedanken zur „Offenen“

Gerade die älteste Wettbewerbsklasse war im Segelflug seit ihrer Einführung in den fünfziger Jahren stets diejenige, die für die größten Innovationen stand – nicht reglementiert und daher für jede noch so aufwändige (und teure) konstruktive Lösung offen. Und nicht umsonst nennt man die technologischen Spitzenleistungen im Segelflugzeugbau „Superorchideen“, was ausdrücken soll, dass sie besonders selten und in der Technologie „exotisch“ sind.

Über Jahrzehnte galt dabei die simple Formel, dass mehr Spannweite auch automatisch eine bessere Gleitzahl und mehr Leistung insgesamt bedeutet. Daher entstanden um die Jahrtausendwende Flugzeuge mit mehr als dreißig Meter Spannweite und einem besten Gleiten von 70. Die Erwartungen waren hoch. Doch die erzielten und erzielbaren Leistungen sollten in keinem vernünftigen Verhältnis zum erforderlichen Einsatz stehen: Die Kosten sind immens und lassen daher auch nur kleinste Fertigungszahlen zu.

Außerdem verlangt mehr Spannweite natürlich auch nach mehr Festigkeit. Damit ist, trotz aller Innovationen bei Materialien und Fertigung, auch mehr Masse verbunden. Größere Massen bedeuten schließlich größere Trägheit, die ohnehin schon im Quadrat mit der Spannweite zunimmt. Eine größere Masse macht sich nicht nur in der Luft unangenehm bemerkbar, sondern auch bei jeder erforderlichen Bewegung am Boden.

Diese Trägheit wirkt sich ganz besonders im Kreisflug aus, wo sich noch ein weiteres Problem großer Spannweiten unangenehm bemerkbar macht: Der Innenflügel dreht dabei langsam, der äußere schneller – viel schneller, wenn die Spannweite sehr groß ist. Konkret kann bei 30 Metern die Differenz bei 45 Grad Querneigung 40 Kilometer pro Stunde betragen. Steil zu kreisen und langsam zugleich, um so auf engem Raum bestes Steigen zu erzielen, das bleibt kleineren Flugzeugen vorbehalten.