Die theoretisch gewonnene Arbeit beim Aufschlag ist

für die Fläche A gleich 0,0

- - - B - 0,479 × 0,06 = 0,0287 kgm

- - - C - 0,250 × 0,26 = 0,0650 -

- - - D - 0,072 × 0,76 = 0,0547 -

-------------

0,1484 kgm.

Der Niederschlag verbraucht dagegen:

für die Fläche A die Arbeit 0,0

- - - B - - 0,479 × 0,06 = 0,0287 kgm

- - - C - - 0,860 × 0,26 = 0,2236 -

- - - D - - 0,744 × 0,76 = 0,5654 -

--------------

0,8177 kgm.

Die Niederschlagsarbeit pro Sekunde ist jetzt 4 × 0,8177 = 3,2708 kgm,

während der Aufschlag theoretisch 4 × 0,1484 = 0,5936 kgm gewinnen läßt.

Eine teilweise Ausnutzung dieser gewonnenen Arbeit würde für den Storch

unter dieser Flugform die Leistung von 3,2 kgm erforderlich machen, die

also noch etwas geringer ist, als die zuvor bei stärkerer Flügelbewegung

berechnete.

Die schädliche, hemmende Wirkung der Flügelspitzen beim Aufschlag läßt

sich noch dadurch vermindern, wie auch die Praxis der Vögel es lehrt,

daß die äußeren Flügelteile in einem nach oben gekrümmten bogenförmigen

Wege, welcher der Flügelwölbung entspricht, aufwärts durch die Luft

gezogen werden. Wenn die Flächenteile C und D auf diese Weise den

denkbar geringsten Widerstand beim Aufschlag erhalten, berechnet sich

die Flugarbeit nur auf 2,7 kgm.

Durch diese Rechnungen erhalten wir Einblicke in die kraftsparenden

Funktionen beim Ruderfluge. Wir sehen die Flugarbeit einem Minimum sich

nähern, welches eintritt, wenn der größte Teil des Flügels unter

vorteilhaftester Neigung horizontal die Luft durchschneidet und die

Flügelspitzen durch großen Ausschlag die ziehende Wirkung hervorrufen.

Der extreme Fall würde eintreten, wenn die ganze Flugfläche

stillgehalten, und durch einen besonderen Propeller das Vorwärtstreiben

besorgt würde. Die kleinste Arbeit ergäbe sich dann, wenn die

Tragefläche diejenige Neigung hätte, bei welcher verhältnismäßig die

geringste hemmende Komponente entstände, und dies ist nach Tafel VI die

Neigung von +3°.

Eine solche richtig gewölbte Tragefläche um 3° vorn angehoben und

horizontal bewegt, würde einen Luftwiderstand geben, der um 3° hinter

der Normalen liegt; und wenn derselbe gerade das Gewicht G des

fliegenden Körpers tragen kann, wäre seine hemmende Komponente gleich G

× tg 3°. Dieser hemmende Widerstand müßte durch eine Treibevorrichtung

überwunden werden und zwar mit der Fluggeschwindigkeit v. Dieses wäre

aber die einzige bei solchem Fluge zu verrichtende Arbeit in Größe von v

× G × tg 3° = 0,0524 × v × G. Die Geschwindigkeit v hängt von

der Größe der Tragefläche ab. Unter Berücksichtigung des

Verminderungskoeffizienten für die Neigung von 3°, welcher in diesem

Falle nach Tafel VII gleich 0,55 ist, würde v sich ergeben aus der

Gleichung G = 0,55 × 0,13 × F × v^2. Man erhielte v = 3,74 ×

[sqrt](G/F). Für ein Verhältnis von G/F, wie beim Storch gleich 8, wäre

v = 10,58. Zur Überwindung des hemmenden Widerstandes wäre dann die

Arbeit 0,0524 × 10,58 × G = 0,55G aufzuwenden. Wenn nun der hierzu

benutzte Propeller kein Gewicht hätte und 100% Nutzeffekt besäße, so

würde ein Körper, der auch 4 kg schwer wäre wie der Storch, 0,55 × 4 =

2,2 kgm an Arbeit pro Sekunde leisten müssen. Diesem theoretischen

Minimalwerte haben wir uns aber schon beträchtlich genähert durch die

vorangehenden Berechnungen, und müssen wir daher annehmen, daß es nicht

viel bessere Bewegungsformen für die Kraftersparnis beim Ruderfluge in

windstiller Luft geben wird.

Wenn es noch Faktoren zur Kraftersparnis beim Fluge bei Windstille

giebt, so können diese nur darin bestehen, daß die Luftwiderstandswerte

bei Verfeinerung der Flügelform noch vorteilhafter ausfallen, und

namentlich noch günstiger gerichtet sind.

Wir haben schon bei Betrachtung der Segelbewegung auf Seite 127 gesehen,

daß die Vögel vermöge ihrer vorzüglichen Flügelform mit Luftwiderständen

arbeiten, die noch mehr nach vorn sich neigen, als wir es nachzuweisen

imstande waren. Wir mußten annehmen, nach Seite 161, daß die Widerstände

bei gewissen kleinen Neigungswinkeln noch um etwa 1½° mehr nach vorn

gerichtet sind. Bei der Flächenneigung von 3° würde demzufolge der

Widerstand nicht um 3°, sondern nur um 1½° hinter der Normalen liegen.

Die Folge hiervon aber wäre eine Verminderung der hemmenden Komponente

auf die Hälfte, und mit dieser Komponente ist die Flugarbeit direkt

proportional. Die mechanische Leistung des Storches reduzierte sich

dadurch von 2,7 kgm auf 1,35 kgm. Es ist auch möglich, daß das Profil

der Flügel senkrecht zur Bewegungsrichtung sowohl beim Segeln als auch

beim Ruderfluge noch zur Kraftverminderung beiträgt. Die Untersuchung

dieser Einwirkung ebenso wie die genaue Feststellung, inwieweit die

Widerstandsvergrößerung durch Schlagwirkung beim Ruderfluge stattfindet,

würde darauf hinauslaufen, Apparate zu bauen und zu versuchen, die

überhaupt die genauen Formen und Bewegungen der Vögel haben. Es hieße

dies also, durch den praktischen Umgang mit Flugapparaten noch die

letzten, feinsten Unterschiede in den Luftwiderstandswirkungen

herauszufinden und daran wird es nicht fehlen, wenn die wahren

Grundlagen dazu erst gegeben sind.

Um von den für den Storch berechneten Arbeitsgrößen auf den Flugapparat

des Menschen zu schließen, können wir sagen, daß der Mensch, der mit

Apparat etwa 20mal so viel wiegt als ein Storch, beim Ruderfluge in

Windstille mindestens 20 × 1,35 = 27 kgm oder 0,36 HP gebraucht,

vorausgesetzt, daß seine Flugfläche 10 qm beträgt und alle beim

Vogelfluge beobachteten Vorteile eintreten.

Im Abschnitt 35 wurde der Kraftaufwand für den Flug des Menschen bei

Windstille auf 0,3 HP berechnet. Dort war aber eine größere Flugfläche

zu Grunde gelegt und der Flügelaufschlag mit seinen Widerständen

überhaupt vernachlässigt. Jene Berechnung hatte also nur theoretisches

Interesse, während wir hier, wo sich 0,36 HP als Leistung ergiebt,

bereits die in Wirklichkeit auftretenden Unvollkommenheiten und

schädlichen Einflüsse berücksichtigt haben.

Auch diese Leistung könnte vorübergehend noch vom Menschen ausgeübt

werden, ein derartiges Fliegen hätte aber, so interessant wie es sein

würde, wenig praktische Bedeutung. Da nicht anzunehmen ist, daß durch

Vergrößerung der Flügel bessere Verhältnisse sich erzielen lassen, so

dürfen wir hiermit den Satz aussprechen, daß der Mensch unter den

günstigsten Bewegungsformen bei Anwendung des Ruderfluges in Windstille

wenigstens 0,36 HP zum Fliegen gebraucht und daher mit Hülfe seiner

eigenen Muskelkraft nicht dauernd zu einem solchen Fluge befähigt ist.

Um diesem Fluge bei Windstille eine praktische Bedeutung zu verschaffen,

müßten wir bestrebt sein, leichte Motore mit zur Verwendung zu bringen.

Aber die Windstille ist zum Nutzen der freien Fliegekunst sehr selten.

Was die Ballontechniker zur Demonstration der Lenkbarkeit ihrer

Luftschiffe so nötig gebrauchen, aber so selten haben, nämlich eine

möglichst unbewegte Luft, das findet sich besonders in höheren

Luftschichten nur ganz ausnahmsweise. Wir haben also im allgemeinen mit

dem Winde und nicht mit der Windstille zu rechnen.

Zwischen diesen beiden bereits berechneten Grenzen der mechanischen

Arbeit, die einmal gleich Null ist, wenn ein Segelwind von mindestens 10

m herrscht, und ihren größten Wert beim Ruderfluge in Windstille erhält,

liegen nun alle jene Kraftaufwände, die bei Winden zwischen 0 m und 10 m

Geschwindigkeit zum Fliegen erforderlich sind.

Die aufsteigende Richtung des Windes ist durchschnittlich bei allen

Windstärken dieselbe. Die von den Winden an die Flugkörper abgegebene

zur Arbeitsersparnis beitragende lebendige Kraft wird daher einfach

proportional dem Quadrat ihrer Geschwindigkeit sein. Da wir nun wissen,

daß bei einem Flügelverhältnis zum Körpergewicht, wie es der Storch hat,

und wie es der Mensch auch für sich wohl anwenden könnte, ein Wind von

10 m Geschwindigkeit die Arbeit zu Null macht, so spart ein Wind von

1 m | 2 m | 3 m | 4 m | 5 m | 6 m | 7 m | 8 m | 9 m Geschwindigkeit

-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+---------------------

0,01 |0,04 |0,09 |0,16 |0,20 |0,36 |0,49 |0,64 |0,81 der Flugarbeit.

Legen wir für den Menschen 27 kgm als sekundliche Arbeit bei Windstille

zu Grunde, so ergeben sich bei

Wind von | 1 m | 2 m | 3 m | 4 m | 5 m | 6 m | 7 m | 8 m | 9 m

-------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--------------

die Arbeiten |26,7 |25,9 |24,6 |22,7 |20,3 |17,3 |13,8 | 9,7 | 5,1 kgm

Man sieht, daß für Winde zwischen 6 und 9 m Geschwindigkeit, die man nur

mit »frische Brise« zu bezeichnen pflegt, so geringe Arbeitswerte sich

ergeben, daß selbst dann, wenn einige Verhältnisse viel ungünstiger als

angenommen eintreten würden, noch eine so geringe Leistung übrigbleibt,

daß der Mensch durch seine physische Kraft sehr wohl imstande sein

müßte, einen geeigneten Flugapparat wirkungsvoll in Thätigkeit zu

setzen.

Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst Ein Beitrag zur Systematik der Flugtechnik · 第 46 / 50 题