Stand: 03.11.2021
Anmerkung:
Bezüglich des Nachbaues der von mir entwickelten Modelle sowie des Abkupferns meiner Erkenntnisse bezüglich dieser Modelle verweise ich auf meine Abhandlung unter „Aktuell“, „Negativ gepfeilte Nurflügel“.
Die Entwicklung bis heute
Begonnen hat bei mir das Interesse an den negativ gepfeilten Nurflügel-Modellen als im Jahre 1959 Heinz Unger und Werner Zeyer bei den Freiflug - Saarlandmeisterschaften in Saarlouis-Roden, in der Klasse N1, im Wettbewerb, ein solches Modell starteten. Ich habe mir das Modell genau angesehen und ging nach Hause und baute mir ebenfalls ein solches Modell. Mein Modell flog, aber bei weitem nicht so gut, wie die Modelle von Heinz Unger. Anschließend habe ich in den folgenden Jahrzehnten regelmäßig bei Vorträgen über Aerodynamik und Stabilisierung von Flugzeugen, diese Modelle, als Balsagleiter, vorgeführt oder bauen lassen.
So richtig infiziert wurde ich durch einen Aufruf von Heinz Unger in der Thermiksense 2/2008 wobei er Mitstreiter zur Weiterentwicklung der Modelle suchte, da in der Entwicklung seit Ende der 60iger Jahren ein vollständiger Stillstand eingetreten ist. Ich setzte mich also mit Heinz Unger in Verbindung und er überreichte mir einen Plan eines entsprechenden Hangflugmodelles der früheren Klasse H1, jetzt Klasse F1E, das er bei Wettbewerben bereits mit Erfolg eingesetzt hat und das ich einmal nachbauen sollte. Aber ich wollte kein Hangflugmodell sondern ein RC-Modell bauen und wie ich ihm am Telefon mitteilte, ein Modell mit einfacher V-Form, um den hohen Aufwand für eine Helling mit mehrfacher V-Form zu ersparen. Auf seinen Hinweis, dass ein solches Modell nicht fliegen könne, habe ich ihm entgegnet, dass ich solche Modeller bereits seit Jahrzehnten als Balsagleiter baue oder bei Vorträgen auch durch die Teilnehmer bauen lasse und somit müsste auch ein RC-Modell in dieser Auslegung funktionieren. Er wies mich sehr entschieden auf seine Veröffentlichungen in der FMT hin, in denen er immer wieder darlegte, dass nur ein Modell mit mehrfacher V-Form zum Fliegen zu bekommen sei. Dann meinte er, dass, wenn meine Modelle mit einfacher V-Form fliegen, müssten dies vollständig andere Modelle sein als er meinen würde und erklärte mir nochmals welche Art von Modellen er meine und beendete daraufhin relativ schnell das Gespräch. Hierauf habe ich ihm ein Paket mit 2 unterschiedlichen Balsagleitern mit einfacher V-Form übersandt. Nach Erhalt der Sendung hat er mich bereits am Nachmittag angerufen und sein Erstaunen über diese Modell, deren Flugleistungen und Flugsatabilität zum Ausdruck gebracht und war etwas deprimiert, dass durch diese Balsagleiter seine, seit Jahrzehnten aufgestellten Thesen vollständig über den Haufen geworfen wurden. Er meinte, dass diese Anwendung der einfachen V-Form nur durch eine entsprechend große V-Form, in Verbindung mit übergroßem Seitenleitwerk möglich sei. Eine aerodynamische Erklärung gäbe es hierzu nicht. Aber er bezweifelte immer noch, dass ein größeres RC-Modell mit einfacher V-Form zum Fliegen zu bringen sei.
Nach einigen Telefonaten und Schreiben sandte er mir einen Plan eines RC-Modelles, das bisher noch nicht gebaut wurde und nur als maßstäbliche Skizze vorhanden war.
Wie bei mir üblich, habe ich zuerst einmal ein maßstäbliches Balsagleitermodell gebaut, das aber sehr kritisch zum Fliegen zu bringen war und keine konstante Leistungen zeigte. Das zwischenzeitlich ebenfalls als Balsagleiter gebaute, maßstäbliche Hangflugmodell flog jedoch gut. Nun galt es den Grund für das schlechte Fliegen des maßstäblich nachgebauten RC -Modelles zu finden und so suchte ich in allen mir zugänglichen Unterlagen nach Abhandlungen über negativ gepfeilte Nurflügel, da ich das Rad nicht nochmals neu erfinden wollte. Zu meinem Erstaunen musste ich lesen, dass Alexander Lippisch in seinem Buch: „Ein Dreieck fliegt“ von dem Bau dieser Flugzeuge abrät, da sie nicht zu stabilisieren wären und hat die Gründe auch bei der Kormoran (DFS 42) beschrieben. Auch in dem Buch der Gebrüder Horten ist ähnliches zu lesen, wie auch in dem Buch: „Aerodynamik des Flugzeuges“ von Schlichting und Trockenbrodt, wobei dort aber auch die wesentlich höhere Leistung dieser Flugzeuge herausgestellt, jedoch ebenfalls bedauert wird, dass die Flugzeuge nicht zu stabilisieren sind. Von den bisherigen, in den Zeitschriften „Mechanikus“ und „Flug-Modell-Technik“ veröffentlichten Berichten von Heinz Unger wusste ich, was das grundsätzliche Problem ist und wie die möglichen Lösungsansätze sind. Heinz Unger benutzte unterschiedliche Profile innen und außen, mit einer Verwindung, analog wie dies auch bei positiv gepfeilten Modellen der Fall ist. Einen solchen Lösungsansatz fand ich jedoch in keiner Abhandlung. Hier waren nur Profilierungen mit symmetrischen Profilen, teilweise sogar ohne Verwindung oder S-Schlag-Profile über die gesamte Spannweite für diese Modellart beschrieben. Nur eine Abhandlung fand ich, in denen unterschiedliche Profile angewendet wurden, aber genau entgegengesetzt wie erforderlich, nämlich vorne, außen das S-Schlag-Profil und innen, hinten das Thermikprofil. Dies war in den Erläuterungen und auch in der beigefügten Skizze genau so beschrieben. In einigen Abhandlungen sind sogar Skizzen enthalten, mit Modellen ganz ohne Seitenleitwerk und gar mit Endscheiben am Flächenende, somit weit vor der Querachse oder in anderen Veröffentlichungen reicht die gezeichnete Rumpfspitze noch nicht einmal an den Schwerpunkt heran, „da das wesentlich besser aussieht, als ein langer Rumpf“.
Insbesondere Erich Jedelsky hat in mehreren Veröffentlichungen die negativ gepfeilten Nurflügler als vollständig Leistungsunfähig dargestellt. So z.B. in seiner Abhandlung: "Der Nurflügel in der Sackgasse", wo er u.a. schrieb: "Stellt der Bussardtyp gewissermaßen einen Zwilling dar, zwei positiv gepfeilte Nurflügel aneinandergesetzt, so gleicht der Negativ-Nurflügel einem Menschen, der umgekehrt zur normalen Art, nämlich mit dem Rücken voran vorwärts kommen will. Mit großen Balanceschwierigkeiten wird es wohl gehen, aber bei dem Wettlauf um die geringste Sinkgeschwindigkeit wird er ebensowenig der erste sein wie der Zwilling.".
Auch Werner Thies, wie auch Hans Gremmer, standen mit dieser Art von Flugmodellen, wie man sagt:“Auf Kriegsfuß“. Bei Werner Thies ist in seinem "Modellflug Lexikon" unter "Schwanzloses Flugzeug" eine Skizze eines negativ gepfeilten Nurflügels enthalten, das von der Profilierung falsch ist und auch der Rumpf reicht nicht einmal bis zum Schwerpunkt und das erforderliche Seitenleitwerk ist nicht vorhanden. Hans Gremmer hat in FMT Heft 7/1960, in dem Artikel: "Die Klassen der selbstgesteuerten Modelle" die Profilierung der negativ gepfeilten Modelle in einer Skizze vorgestellt und hierbei vorne, außen das S-Schlag-Profil und innen, hinten ein Thermikprofil, also genau entgegengesetzt wie es sein soll, eingezeichnet und diese falsche Profilierung noch in dem Artikel eingehend erläutert. Somit waren alle Abhandlungen für mich irrelevant und ich konnte mich lediglich auf die Veröffentlichungen von Heinz Unger stützen.
Diese Skizze fand ich in dem Buch "Nurflügel = Flugmodelle " von Hans Ruggaber, in einem mehrseitigen Unterabschnitt über die Konstruktion und den Bau von vorgepfeilten Nurflügel-Modellen. Ich möchte mich insbesondere der rechten Skizze widmen. Wenn ich die Skizze auf ein Modell mit 2000 mm Spannweite hochrechne entsteht ein Modell mit einer durchgehenden Flächentiefe von 300 mm, was ein noch akzeptables Maß ist. Jedoch liegt der Schwerpunkt, gemäß graphischer Ermittlung, 15 mm vor der eingezeichneten Rumpfspitze und somit ist das Modell nicht auszutrimmen. Ferner besitzt das Modell kein Seitenleitwerk zur Richtungsstabilität, sondern im Gegenteil, es verfügt über Endscheiben, die mit einer Länge von etwa 60 Prozent vor der Querachse angeordnet sind und somit zusätzlich eine destabilisierende Wirkung haben und damit nicht genug, sind die Endscheiben auch noch mit 4 Grad nach außen eingestellt, so dass zusätzlich ein Widerstand entsteht, der ebenfalls destabilisierend wirkt. In der Anleitung sind sehr wenige zutreffende Aussagen enthalten, so ist auch die V-Form für diese Modelle mit 1 bis 1,5 Grad angegeben, was absolut unzureichend ist. Über Profile schweigt sich der Verfasser aus, so dass hierüber keine Aussage gemacht werden kann. Dass ein solches Modell absolut flugunfähig ist, kann bereits bei der Aufsicht auf die Skizze gesagt werden und somit kann auch die Behauptung aufgestellt werden, dass der Verfasser noch nie ein solches Modell gebaut hat, aber in dem Buch Dinge für Tatsachen erklärt, die absolut nicht stimmen.
In dem "Modellflug-Lexikon" von Werner Thies, welches in 2. Auflage 1980, im Verlag für Technik und Handwerk herausgegeben wurde, ist unter: "Schwanzloses Flugzeug" eine ähnliche Skizze enthalten, bei der die Rumpfspitze, wenn es ein Modell mit 2500 mm Spannweite wäre, etwa 4 cm vor dem Schwerpunkt enden würde. In der Skizze ist auch die Profilierung falsch dargestellt, das hinten liegende Profil müsste negativ eingestellt sein.
Auch in dem Buch "Schwanzlose Flugzeuge" von Kurt Nickel ist solch eine Skizze mit einem wesentlich zu kurzen Rumpf zu finden und ist als schematische Darstellung gekennzeichnet, aber auch schematische Darstellungen sollten vom Prinzip her richtig sein.
Diese Skizze ist dem Buch "Schwanzlose Flugzeuge" entnommen.
So müsste die Skizze richtigerweise aussehen. Mittels der t/4-Linie wurde der Auftriebsmittelpunkt der jeweiligen Flächenhälften graphisch ermittelt. Die Verbindung der beiden Punkte ergibt in der Achse den Gesamtauftriebsmittelpunkt. Der Schwerpunkt liegt etwa 5 bis 10 % davor und dann kommt das Rumpfvorderteil, das bei einem 2m-Segler etwa 30 cm sein sollte,bei 3m-Seglern können es auch 50 cm sein, um das Modell ohne allzugroße Ballastzugabe austrimmen zu können. Ferner ist hinter der Fläche noch das Seitenleitwerk angedeutet.
Unterlagen über die Modelle welche in den 50iger und 60iger Jahren bei Meisterschaften in verschiedenen Freiflugklassen eingesetzt wurden und sehr hohe Leistungen zeigten, fand ich keine einzige, lediglich 3-Seiten-Ansichten, als Skizzen, ohne Profilangaben. In einem großen Teil der Literatur ist nur allgemein von der Pfeilung der Tragflächen die Rede und dabei ist automatisch die positive Pfeilung gemeint, da von einer anderen Pfeilungsart überhaupt keinerlei Rede ist und für die Verfasser eine negative Pfeilung vollständig unbekannt zu sein scheint. Die mir vorliegenden Pläne von negativ gepfeilten Nurflüglern enthalten ebenfalls nicht die von Heinz Unger propagierte Profilkombination. Bei den von mir gebauten Balsagleitern ist jedoch bereits seit den ersten Anfängen, in den 60iger Jahren, also bereits seit mehreren Jahrzehnten, diese Profilkombination vorhanden. In der Flächenmitte wird das Balsaholzbrettchen hinten, von unten angeschliffen und dann nach oben gewölbt, also ein S-Schlag Profil eingebaut und außen wird die Fläche als normales Profil verschliffen, so dass bei diesen Modellen ein entsprechender Strak vorhanden ist. Dies ist gemäß dem Grundsatz der Stabilisierung von Flugzeugen, dass die vorausfliegende Fläche den höheren spezifischen Auftrieb haben muss.
So musste ich nun das von mir geplante RC-Modell, aus meinen Erfahrungen mit den bisherigen Balsagleitern, zum Fliegen bringen, was für mich eine wesentlich größere V-Form und ein größeres Seitenleitwerk bedeutete, wovon jedoch Heinz Unger in einem Schreiben, wie auch bei mehreren Telefonaten, strikt abgeraten hatte, da dies absolut nicht notwendig sei und lediglich einen erhöhten, unnötigen Widerstand mit sich brächte aber anschließend flog jedoch das Balsa-Modell. Die wesentlich größere V-Form deckt sich auch mit den Untersuchungen bei dem russischen, negativ gepfeilten, schwanzlosem Versuchsflugzeug Zybin LL-3, das in 2 Versionen, mit gleichem Rumpf, gebaut wurde, mit positiver und negativer Pfeilung. Bei positiver Pfeilung betrug die V–Form - 4,5 Grad und bei negativer Pfeilung +10,5 Grad je Seite. Die Größe des Seitenleitwerkes leitete ich aus den Darstellungen mit der positiven Pfeilung, die bei schräger Anströmung wesentlich zur Geradeausrichtung des Flugzeuges beiträgt. Bei negativer Pfeilung ist jedoch genau das Gegenteil der Fall, das Modell wird hierdurch aus der Flugrichtung gedrängt und das Seitenleitwerk muss alleine und somit zusätzlich für die Ausrichtung des Flugzeuges sorgen. Insbesondere die von mir gewählte Größe des Seitenleitwerkes, die bisher von allen Experten als zu groß erachtet wird, ergab sich aus den Untersuchungen mit den Balsagleitern. Zu kleine Seitenleitwerke der Balsagleiter zeigten sich immer daran, dass ein solches Modell irgendwann, mitten im Fluge, sich plötzlich um die Hochachse drehte und dann wie ein welkes Blatt zu Boden fiel. Das gleiche Flugbild was auch bei dem Absturz der HFB 320, nach übereinstimmenden Aussagen von Augenzeugen, zu sehen, wobei bei dem Abstutz alle Flugzeuginsassen ums Leben kamen. Die Absturzursache wurde nie geklärt, da die erforderliche Größe der Seitenleitwerke dieser Flugzeuge bis heute nicht bestimmt werden kann und somit auch nicht für die Unfallforschung relevant ist.
Auch habe ich, um die Profilkombination zu erhalten, bei gut fliegende Balsagleiter die dort vorhandenen Profile mittels Kaliber und Micrometer möglichst genau vermessen und mit dem Sielmann-Profilprogramm gezeichnet und gerechnet, um so zumindest einen Anhalt für die erforderliche Profilierung, wie auch für die Schränkung, zu erhalten. Auch den zu den jeweiligen Profilkombinationen zugehörigen Schwerpunkt habe ich bei den Balsagleitern, möglichst genau, ermittelt.
Recherchen hierzu ergaben, dass ein RC-Modell von Heinz Unger, das sich im Besitz von Manfred Rennecke befindet, ebenfalls Stabilitäts-Probleme aufweist, etwas kritisch fliegt und sehr konzentriert geflogen werden muss. Weitere Freiflug-Hangmodelle von Heinz Unger hat Manfred Rennecke auf RC-Flug, mit E-Motor, umgebaut und hierzu die Kopfsteuerung entfernt und an das Seitenleitwerk noch ein Ruder angebaut, eine größere Seitenleitwerksfläche erhalten und so ist ein gut fliegendes Modell daraus geworden.
Für die Untersuchungen zum Bau eines RC-Modelles mittels Balsagleiter mit 80 cm Spannweite, also etwa im Maßstab 1 : 3, mit der vorgesehenen Profilierung wurde zuerst einmal eine doppelte V-Form mit insgesamt 20 Grad, je Seite und einem übergroßen Seitenleitwerk vorgesehen. Dieses Modell flog relativ gut, da die Stabilisierungsmaßnahmen vollständig überdimensioniert waren. Aber nach der Tatsache, dass alle Stabilisierungen mit Leistungseinbußen verbunden sind, sollten diese auf das erforderliche Maß reduziert werden, jedoch nicht darunter, wie dies bei Hochleistungsmodellen der Fall sein muss, denn dort ist es nur mit einem absolut am untersten Limit fliegenden Modell möglich zu gewinnen. Aber manchmal wird dort das Limit auch unterschritten und dann liegt das Modell zertrümmert am Boden. So habe ich zuerst die V-Form in Schritten von jeweils 2 Grad reduziert und über die Flugergebnisse entsprechende Notizen angefertigt bis das Modell unstabil flog und dann war der minimalste Punkt, der bei jeweils 6 Grad lag, bereits unterschritten, so dass zum Bau eine Gesamt-V-Form von 10 Grad, je Seite, gewählt wurde. Dann ging es an das Seitenleitwerk, das in Schritten von jeweils 5 % der Fläche reduziert wurde und das Modell irgendwann nicht mehr stabil flog sondern sich plötzlich in irgendeiner, vorher nicht zu bestimmenden Richtung um die Hochachse drehte und wie ein welkes Blatt zu Boden fiel. Auch mit der Seitenleitwerksgröße blieb ich dann um 2 Stufen über diesem Punkt,
GK-84
Diese Untersuchungen und intensiven Recherchen dauerten, mit Unterbrechungen, über 1 Jahr bis ich endlich ein solches Flugmodell bauen konnte, wobei insgesamt 4 komplette, zwischenzeitlich auf dem Reißbrett angefertigte Konstruktionen wieder verworfen und wieder neu begonnen wurden. Das Ergebnis war die 2010 gebaute GK-84, die relativ schlecht flog, da im Nachhinein gesehen, dort, aus Mangel an Kenntnissen, enorm viele Fehler eingebaut wurden. Diese konnten jedoch zum großen Teil während der Flug-Erprobungsphase erkannt, aber nicht mehr behoben werden. Insbesondere stellte sich heraus, dass das durchgehende, auf den Rumpf aufgesetzte Mittelstück sehr viele Wirbel verursacht und dadurch das Seitenruder beeinträchtigt. Ferner war beim Landeanflug, infolge der wesentlich höheren Anstellung, das Seitenruder ebenfalls sehr stark mit Wirbeln beaufschlagt und die Wirksamkeit war ungenügend, so dass bei den nachfolgenden Flugmodellen ein Teil des Seitenruders auch unter der Tragfläche angeordnet wurde. Auch das Aufsetzen des Mittelstückes auf den Rumpf wurde aufgegeben und bei allen späteren Modellen wurden die Tragflächen, als Schulterdecker, an den Rumpf angeschlossen. Ferner lag der konzipierte Schwerpunkt um mehrere Zentimeter neben dem tatsächlichen Schwerpunkt und auch die Höhen-Ruder waren nicht im vorgesehenen Profilverlauf, so dass bei den kommenden Modellen, bei gleicher Profilkombination, die Verwindung um 1,0 Grad erhöht werden musste.
GK-100
Nachdem diese Mängel erkannt waren, mussten wiederum sehr viele Versuche mit Balsagleitern durchgeführt und weitere Nachforschungen angestellt werden und es dauerte wiederum über 1 Jahr bis ein Nachfolgemodell, vollständig neu konstruiert und dann gebaut werden konnte, das absolut nichts mehr mit der GK-84 zu tun hatte. Dies war die GK-100, welche im Jahre 2012 entstand. Auch hier waren mehrere komplette Konstruktionen, auf dem Reißbrett, erforderlich, bis die mir genehme Version auf dem Papier vorhanden war. Dieses Modell flog schon wesentlich besser. Auch hatte es, wie der Vorgänger eine doppelte V-Form, sowie noch 2 Trapeze als Flächenform, was von Heinz Unger als einzig mögliche Tragflächenform offeriert wurde, um im Mittenbereich, durch das tiefere Mittelstück, einen entsprechend höheren Auftrieb zu erhalten. Mir schwebte jedoch, aus Baugründen, eine einfache Trapezfläche vor. Ferner gab es bei der GK-100 Probleme mit der Wirksamkeit der Querruder, die fast überhaupt keine Wirkung zeigten. Erst die Erkenntnis über die Lage der Querachse brachte hier Klarheit, denn ein Ruderausschlag nach unten, hinter der Querachse als Drehachse, ergibt Auftriebserhöhung, das Schwänzchen geht also nach oben und ist ein Tiefenruder. Der gleiche Ausschlag vor der Querachse ergibt ebenfalls mehr Auftrieb, aber dadurch, dass das Ganze vor der Drehachse passiert, wird die Fläche angehoben und ist ein Höhenruder. Somit kann das Querruder der GK-100 keinerlei, oder eine nur sehr geringe Wirkung zeigen, da die Querachse mitten durch das Ruder verläuft und die Wirksamkeit sich größtenteils aufhebt. Und das ist bei den weiteren Modellen entsprechend berücksichtigt. Die GK-100 war jedoch auch alleine über Seiten- und Höhenruder steuerbar. Aber auch Prof. Dr. Ing. W. Herbst, hat dies bei den Untersuchungen zum Bau des negativ gepfeilten, manntragenden Segelflugzeuges, der "B 11" der akademischen Fluggruppe der Universität Berlin, welche in den Luftfahrt - Forschungsberichten des Bundesministers für Verkehr Heft 22 veröffentlicht wurden, ebenfalls nicht berücksichtigt und entsprechende Ruder, auch durchgängige, kombinierte Höhen- und Querruder untersucht und empfohlen, was absolut nicht funktionieren kann. Die "B 11" war nicht flugfähig und wurde als Rohbau verschrottet. Auch in allen anderen mir vorliegenden Abhandlungen ist bei den negativ gepfeilten Flugzeugen die Lage der Querachse und deren gravierende Auswirkungen, insbesondere auf das Höhenruder, überhaupt nicht berücksichtigt. Diese Probleme treten nur bei diesen, stark negativ gepfeilten Flächen auf, da bei allen anderen Pfeilungen die Querachse nicht hinten aus der Fläche austritt. Auch fiel bei der GK-100 auf, dass der Rumpf im Fluge nach unten hing, was optisch störte, aber auch ein Widerstandsproblem darstelle. Auswertung von Flugbildern zeigten, dass der vorhandene Einstellwinkel von + 1 Grad um 2 Grad, auf - 1 Grad verringert werden muss, um das Flugbild zu verbessern, sowie den Widerstand zu verringern, was ebenfalls bei den Nachfolgemodellen Berücksichtigung fand. Dass der vordere Rumpfteil bei Segelflugzeugrümpfen etwas nach unten abgeknickt ist, dient lediglich dazu, die Sicht des Piloten etwas zu verbessern, analog der abgeknickten Rumpfspitze bei der Concorde. Aerodynamisch ist dies nicht von Vorteil
Auf Grund der positiven Versuche mit diesen ungewöhnlichen Flugmodellen und der Präsentation im Internet, wurde ich von einem bedeutenden Flugtechnischen Institut, dessen Namen ich nicht nennen solle, kontaktiert, ob die Studenten der akademischen Modell-Fliegergruppe ein solches Modell bauen dürften und ob ich hierbei helfen könne, was ich auch zusagte und als Kontaktperson Heinz Unger benannte, der in der Nähe des Institutes wohnte. Dann wurden wir um Pläne bzw. Planskizzen gebeten und wir überreichten 3 unterschiedliche Pläne, auch der Plan der GK-100 war mit dabei. Bereits eine Woche später bekam ich eine etwas erboste E-Mail, mit dem Inhalt, dass alle übergebenen Modelle absolut nicht flugfähig seien, was der Großrechner des Institutes bestätigt habe. Erst das Vorfliegen der Modelle konnte die Herrschaften vom Gegenteil überzeugen und die Begeisterung über die Flugleistung war entsprechend groß. Nun berechneten, konstruierten und bauten die Studenten ein Modell, analog der GK-100, das jedoch mittels Rechenprogrammen die natürlich „Stand der Technik“ und „Lehrmeinung“ waren, verbessert wurden. Bereits bei dem mir übersandten Entwurf äußerte ich meine Bedenken und meinte, dass das Modell nicht fliegen könne und habe verschiedene Punkte aufgezählt. Insbesondere waren mir das Seitenleitwerk und die V-Form zu klein, auch die Profilkombination mit Verwindung wurde geändert. Auf einen höheren Rumpf, der auch der Richtungsstabilität dient, wurde zugunsten eines einfachen Rohres verzichtet und auch ein dichter Anschluss der Flächen in der Mitte wurde nicht gemacht. Es waren noch weitere Punkte in dem Entwurf, die mir nicht gefielen. Ich bekam darauf hin die Mitteilung, dass das Seitenleitwerk nach Prof. Hust berechnet sei und das sei „Lehrmeinung“ und mir wurde ein entsprechendes Paket mit der CD-Rom und einer 140 seitigen DIN A4-Anleitung übersandt. Gemäß der Anleitung zum Rechenprogramm, waren jedoch nur statistische Werte von Normalflugzeugen und keinerlei Werte von Sonderkonstruktionen, einzugeben. Aber 14 Tage später erhielt ich die Mail mit der Nachricht: „Herr Kirch, Sie hatten recht, das Modell war auch nicht ansatzweise zum Fliegen zu bringen“. Hierdurch war eine von mir gewünschte Weiterführung des Projektes: "Negative Nurflügel" an diesem Institut gestorben, da keiner der Studenten hieran weiter arbeiten wollte, da 9 Studenten über einen Zeitraum von 3 Monaten ihre Zeit umsonst geopfert haben.
GK-101
Eine Weiterentwicklung der Modelle stellt die GK-101 dar, die erstmals eine einfache V-Form aufwies aber noch 2 Trapeze als Flächengrundriss hatte, da ich niemals zwei Dinge an dem Modell gleichzeitig abändern wollte um entsprechende Resultate im Flugverhalten jeweils genau analysieren zu können. Dieses Modell habe ich trotz Bedenken von Heinz Unger und des Mitarbeiters des Institutes gebaut, wobei Heinz Unger bereits in seiner Abhandlung in der FMT 3/1968 mitteilte, dass eine einfache V-Form bei diesen Modellen nicht möglich sei und der Mitarbeiter des Flugtechnischen Institutes mir eine, auf dem Großrechner durchgeführte Berechnung überreichte, welche die Unmöglichkeit meines Vorhabens beweisen sollte. Aber trotzdem habe ich es, wiederum nach vielen Versuchen mit Balsagleitern, gewagt und es ist mir absolut geglückt. Somit können die sehr aufwändigen Helling-Konstruktionen für die doppelte V-Form entfallen, die ausschließlich für eine ganz bestimmte Pfeilung, in rechter und linker Form, hergestellt werden müssen, was mit einiger Arbeit verbunden ist..
GK-102
Wie auf der Seite "B 11" beschrieben, wurde die "B 11" von Professor Herbst an der Technischen Universität in Berlin berechnet und er hat auch mehrere Abhandlungen über dieses Flugzeug veröffentlicht und hierin wurden auch die hervorragenden Flugeigenschaften gelobt. Etwa 3 Jahre vor seiner Pensionierung fanden sich in der Akademischen Fluggruppe der Berliner Universität einige Studenten zusammen, die dieses Flugzeug bauten. Jedoch hat der Nachfolger im Amt von Prof. Wolfgang Herbst den Bau, der bis zum vollständigen Rohbau gediehen war, einstellen lassen und darauf gedrängt, dass zuerst ein maßstäbliches Modell im Windkanal in Göttingen untersucht wird. Diese Untersuchung ist absolut negativ ausgefallen, da sich herausstellte, dass das Flugzeuig vollständig flugunfähig war. Der Weiterbau der "B 11" war somit gestorben. Mir liegen einige Prüfprotokolle der Windkanaluntersuchungen, als Kopien, vor. Anzumerken ist, dass die aerodynamische und statische Berechnung , wie auch die Konstruktions- und Ausführungszeichnungen durch das Luftfahrt-Bundesamt geprüft, genehmigt und zur Baudurchführung freigegeben wurden. Eine zu späterer Zeit, am Computer, durchgeführte grobe aerodynamische Berechnung der "B 11" mit Programmen, die dem "Stand der Technik" entsprechen und die "Lehrmeinung" in allen Universitäten darstellten, ergaben wiederum, in der Theorie, ein flugfähiges Flugzeug mit sehr guten Leistungen, was jedoch der Praxis in keinem Falle entsprach.
Nun wollte ich auch beweisen, dass die "B 11", in der Konzeption mit einem Profilstrak und entsprechender Verwindung, flugfähig wäre, wobei auch der Rumpf länger und das Seitenleitwerk größer und anders angeordnet worden ist, was ebenfalls durch Balsagleiterversuche untermauert wurde. Das Seitenleitwerk wie auch das Ruder wurden von mir weiter nach hinten gesetzt und die Rumpfunterseite eben durchgeführt und dann das Seitenleitwerk, wie auch das Ruder bis zu dieser Linie nach unten geführt, so dass es bisher beim Landeanflug, infolge des größeren Anstellwinkels, noch nie zum Abkippen des Modelles durch Verwirbelung des Seitenleitwerkes kam, da im unteren Bereich noch genügend Leitwerksanteile vorhanden sind, die in der ungestörten Umströmung liegen. Die Geometrie der Tragflächen wurde von der "B 11" maßstäblich beibehalten. Dies wurde nun die "GK-102", die ebenfalls 2012 gebaut und ihre Flugtauglichkeit, jedoch als Motorsegler, auf der Inter-Ex 2015 bravourös demonstrieren konnte. Dieses Modell hatte erstmals als Flächengeometrie eine einfache Trapezform. Auch von der Flächenform, als einfache Trapezform, wurde mir, wie von Heinz Unger auch von dem Institutsmitarbeiter abgeraten und auch durch Berechnung belegt, dass hierdurch in der Mitte ein Auftriebseinbruch entstehen würde, der die Flugleistung sehr stark verringern würde, denn nicht umsonst wären an den Horten-Flugzeugen in der Mitte die "Schwänzchen" dran, die aus gleichen Grunde vorhanden sein müssten. Die Nachfolgemodelle mit einfacher V-Form und einfachem Trapez, als Flächenform, sind auf der Geometrie und der Streckung der "B 11", also der "GK-102", konzipiert.
GK-103
Die GK-103 war spontan als F3J-Modell gedacht, da Sohn Andreas, als Kaderpilot in dieser Klasse, von den Flugleistungen der negativ gepfeilten Nurflügel begeistert war. Als V-Form wurde, wie die GK-100, eine doppelte V-Form gewählt, da diese eine bessere Stabilität um die Längsachse mit sich bringt. Das Modell wurde konstruiert und gezeichnet, aber bei der Nachrechnung der Torsionssteifigkeit der Flächen kam die Ernüchterung. Bei einem Hochstartzug mit einer Zugkraft von etwa 130 kg, was bei einem Modellgewicht von 2 kg einer Belastung von 65 G entspricht, wobei Nylonschnüre mit einer zulässigen Reißfestigkeit von 100 kg im Wettbewerbsbetrieb des Öfteren reißen, ist diese Torsionsfestigkeit nur mit extrem hohem Anteil an diagonalen Kohlefasern zu erreichen, so dass das erforderliche Zusatzgewicht alle sich ergebenden höheren Flugleistungen zunichte machen. Das Modell wurde 2013, als Motor-Thermiksegler gebaut, ohne Querruder und überzeugt durch seine hohe Flugleistung.
GK-104
Als nächstes Modell stand ein relativ einfach zu bauendes, handliches Modell, mit 2,5 m Spannweite an, die GK-104, welche 2013 gebaut wurde. Grundlage zu diesem Flugmodell war die GK-101 in etwas einfacherer Form. Dieses Modell wurde ohne und mit Querruder konzipiert. Bei diesem Modell sollte der tatsächliche Unterschied in der Handhabung und der Wendigkeit beim Fliegen dieser Modelle mit und ohne Querruder an Hand zweier identischer Modelle getestet werden. Zwischenzeitlich ist das Segelflugmuseum, mit Modellflug, auf der Wasserkuppe an mich mit der Bitte herangetreten, um ein solches außergewöhnliches Modell zu erhalten. Die GK-104 wurde im Mai 2016 dem Museum übergeben.
Einige Zeit nach dem Bau der GK-104 machte mich der Mitarbeiter des Institutes, in einem Telefonat, darauf aufmerksam, dass bei der Fa. Airbus, in Toulouse, ein neues Aerodynamik-Rechenprogramm entwickelt worden sei, das für alle Flugzeuge Geltung haben würde und dieses Programm bekäme er zugestellt.. Einge Wochen später bekam ich einen Anruf des Mitarbeiters, dass er das Programm hätte, aber dieses keinerlei negative Pfeilung annehmen würde. Er habe daraufhin den Chefaerodynamiker der Fa. Airbus angerufte und ihm das Problem geschildert. Daraufhin hätte der Aerodynamiker herzhaft gelacht und gemeint: "Wir schreiben doch keine Programme für Flugzeuge, die nicht fliegen können".
GK-120
Ein ganz außergewöhnliches Flugmodell ist die GK-120. Dieses Modell hatte bereits Heinz Unger in FMT 2/1969 als Skizze veröffentlicht. Diese Konstruktion ist heute aktueller denn je, da alle großen Flugzeughersteller diese Form als Großraumtransportflugzeuge, wenn auch mit positiv gepfeilten Flächen, offerieren. Es gibt aber auch Studien, die eine negativ gepfeilte Fläche am Delta angeschlossen haben und sich so einen wesentlich höheren Auftrieb, also mehr Nutzlast bei gleicher Antriebsleistung, erhoffen. Das Modell wurde, nachdem die Rechenprogramme an dem bereits erwähnten Institut so überarbeitet wurden, dass zumindest die Profilierung der Modelle gerechnet werden kann, auf Initiative von Heinz Unger dort am Großrechner konzipiert. Nach der Misere mit dem anderen negativ gepfeilten Nurflügel-Modell fand sich kein einziger Student mehr bereit an diesem Modell mitzuarbeiten. Aus diesem Grunde wurde bei mir angefragt, ob ich das Modell konstruieren und bauen wolle, was ich natürlich spontan zusagte. Als Unterlage bekam ich die entsprechende Berechnung, eine 3-Seitenansicht und ein perspektivisches Bild sowie eine Tabelle mit allen relevanten Baudaten als Koordinaten. Bereits beim ersten Blick musste ich feststellen, dass viele Punkte des Entwurfes geändert werden müssen um ein flugfähiges Modell zu erhalten. Hauptpunkt waren, wie immer, die Seitenleitwerke, die in zu kleiner Ausführung nur weit hinten, oben angesetzt waren und so beim Landeanflug fast vollständig abgeschattet in der Verwirbelungszone lagen. Diese habe ich so vergrößert und angeordnet, dass die vom Delta nach außen abgehende Strömung nicht mit der von den Flächen nach innen strömenden Luft kollidieren und so zu erheblichen Verwirbelungen führen. Durch die Anordnung der Seitenleitwerke werden diese beiden Strömungen getrennt und kommen erst hinten den Rudern zusammen. Ferner ist ein Teil der Seitenleitwerke unter dem Modell angeordnet, so dass im Landeanflug ein ungestörter Luftstrom auf die Ruder treffen kann. Unter dem Modell ist noch eine Griffleiste, zum Starten des Modelles, angebracht, die hinter dem Schwerpunkt noch mit für die Richtungsstabilität sorgt. Alle Änderungen wollte ich noch telefonisch mit dem Mitarbeiter des Institutes absprechen, aber er entgegnete mir: „Herr Kirch, Sie kennen sich ja aus, machen Sie es so, wie Sie es für richtig halten, dann wird das Modell auch fliegen“. Das Modell wurde 2014 gebaut. Beim Einfliegen des Modelles musste festgestellt werden, dass der mittels Großrechner vorberechnete Schwerpunkt um einige cm zu weit vorne lag und somit das vorne eingebaute Gewicht wesentlich zu hoch war. Aus diesem Grunde musste in das fertige Modell hinten, unmittelbar vor dem Höhenruder, eine Kammer mit Deckel für den Akku eingebaut werden um den tatsächlichen Schwerpunkt des Modelles zu bekommen. Hierzu ist zu bemerken, dass der von mir graphisch ermittelte Schwerpunkt wesentlich näher an dem tatsächlichen Schwerpunkt lag, als der mit Computer ermittelte. Das Modell wurde auf der Inter-Ex 2015 in Vaihingen einem staunenden und interessierten Publikum vorgeführt. Dieses Modell kann jedoch nicht mehr als Motorsegler angesprochen werden, es gehört eher in die Kategorie: Motormodelle. Da auch dieses Modell nicht mittels des Großrechners zu entwerfen war, und das von mir geänderte Modell hervorragend flog, schlief die Zusammenarbeit mit dem Institut anschließend vollständig ein, da mit den dort vorhandenen rechnerischen Mitteln.diese Modelle nicht zu entwerfen waren.
GK-122
Die GK-122 welche 2015 gebaut wurde, ist die GK-120 lediglich mit einer größeren Spannweite, durch Verlängerung der angesetzten Flächen, so dass der Schwerpunkt etwas weiter nach vorne verschoben wird und das Problem mit dem Schwerpunkt der GK-120 hiermit beseitigt werden konnte und alle Komponenten jetzt im vorderen Rumpfbereich untergebracht sind.
GK-125
Für dieses Modell war die GK-104 die Grundlage. Das Modell entspricht dieser in den Grundzügen und wurde 2015 gebaut, lediglich die Flächenenden wurden elliptisch ausgerundet und aerodynamisch, wie auch geometrisch um 2 Grad negativ geschränkt. Auch das Seitenleitwerk wurde dieser Form angeglichen. Hierbei wurde untersucht, ob durch diese Maßnahme gegenüber der GK-104 eine Verringerung des induzierten Widerstandes zu beobachten ist.
GK-136A und GK-136B
Die GK-136A und GK-136B sind kleine, leichte und handliche Modelle mit etwa 2,0 m Spannweite und somit mit sehr kleinen äußeren Flächentiefen, von um die 9 cm. Hier besteht im Normalfall die Gefahr, dass die Strömung infolge der zu geringen Reynoldschen Zahl abreißen kann. Beide Modelle sind identisch aufgebaut und das Modell GK-136B soll ab 2/3 der Flächenspannweite einen 3D-Turbulator erhalten, das Modell 136A ohne Turbulator fliegen und somit kann mittels GPS-Logger die Leistungsfähigkeit der beiden Modelle, bei gleichzeitigem, parallelem Fliegen untersucht und dann die Frage geklärt werden, ob ein Turbulator notwendig und wenn ja, wie hoch der tatsächliche Leistungszuwachs ist, oder ob die Flächentiefe im Außenbereich vergrößert werden muss. Es könnte jedoch auch möglich sein, dass das Modell GK-136A ohne jede Änderung einwandfrei fliegt, da die Annahme der Re-Zahl unrichtig ist. So konnte bei einem Probeflug mit der GK-104, am Hang, bei dem die Strömung mittels Wollfäden sichtbar gemacht wurde, beim Geradeausflug im Segelflug, unterhalb der Hangkante, in der Draufsicht, festgestellt werden, dass die Skizze bei "negativ gepfeilte Nurflügel", Bild 3, richtig ist und die Strömung von vorne außen nach hinten innen, also schräg verläuft, so dass die tatsächlich Lauflänge der Luftströmung wesentlich länger ist, als die Flächentiefe an dem betrachteten Punkt und somit die Re-Zahl höher ist. Die längere Laufstrecke bringt natürlich auch einen höheren Auftrieb mit sich und die Ableitung der Strömung nach innen, in den Mittelbereich der Tragfläche, hat durch den dort herrschenden höheren Druck, ebenfalls eine Auftriebserhöhung zur Folge. Bedingt durch die größere Laufstrecke ist natürlich auch die Strömungsgeschwindigkeit höher und somit hierduch ebenfalls wieder der Auftrieb. Dann muss noch der geringere induzierte Widerstand, ebenfalls durch die Strömungsableitung nach innen, erwähnt werden, der eine wesentliche Verringerung dieses Randwiderstandes mit sich bringt. Der bei diesen Modellen etwas höhere Inteferenzwiderstand, durch das Zusammentreffen von Rumpf, Tragflächenanschluss und Seitenleitwerk, konnte von mir, mit den mir zur Verfügung stehenden Mitteln noch nicht quantifiziert werden, jedoch ist die Verringerung der Gesamtwiderstände im Flug hörbar, da keinerlei Geräusch, weder Zischen noch Pfeifen, zu hören und auch bei den Flugleistungen deutlich sichtbar ist.
GK-137
Die GK 137 diente der Untersuchung der Möglichkeit des Einbaues von Störklappen in einen negativ gepfeilten Nurflügel.
Da bei der GK-104 bereits mehrfach das Problem bestand, dieses Modell wieder aus der Thermik herunter zu holen, war somit die Forderung zum Einbau von Störklappen angesagt, da ein zu starkes Andrücken des Modelles einen Flächenbruch durch Torsion zur Folge hätte haben könnte.
Hierbei stellte sich nun die Frage nach dem Einbauplatz. Vor dem Höhenruder ist dies nicht möglich, da hierdurch dieses Ruder sehr stark an Wirkung durch die entstehende Verwirbelungen eingebüßt hätte und eine wesentlich geringere Steuerbarkeit die Folge gewesen wäre. Das Gleiche gilt vor dem Querruder, da auch hier eine Einschränkung der Steuerwirkung die Folge wäre. Somit muss der Bereich zwischen Höhen. und Querruder gewählt werden, der ansonsten infolge der Querachse für Ruder tabu ist. Als Basis für den Entwurf der GK-137 diente die GK-104, die jedoch stark modifiziert wurde und die Erkenntnisse der bisherigen Konstruktionen der negativ gepfeilten Nurflügel mit eingeflossen sind.
Bei der Konstruktion wurde das Höhenruder der GK-104 um 2 Rippenfelder verkürzt, da die bisherige Wirkung des Höhenruders mehr als ausreichend war. Auch das Querruder wurde um ein Rippenfeld gekürzt, so dass eine ruderfreie Länge von 450 mm entstand und eine Störklappe in einer Länge von jeweils 300 mm gewählt werden konnte, was etwa 20 % der Spannweite entspricht. Die Störklappe wurde mit dem Querruder bündig angeordnet, so dass bei nach innen laufender Strömung keine Verwirbelung auf das Querruder auftrifft. Das Störklappenende ist 145 mm (In Spannweitenrichtung gesehen, von außen nach innen) vor dem Höhenruder, so dass auch hier bei nach innen laufender Strömung keine negativen Verwirbelungen auf das Ruder zu erwarten sind. Die Störklappen werden gemäß der Eigenentwicklung unter "Bautipps", "Störklappen" hergestellt, da diese eine relativ gute Wirkung zeigen und stufenlos einstellbar sind.
GK-139
Dieses Modell ist auf der Basis der GK-104, jedoch mit -25 Grad Pfeilung, gebaut worden. Das Modell diente der Untersuchung, welche Auswirkung eine stärkere Pfeilung auf die Flugeigenschaften und Flugleistungen hat, wobei die GK-104 als Vergleich dient. Bereits beim Einfliegen des Balsagleiters im M 1:5 musste ich erstaunt feststellen, dass eine sehr große Menge an Ballastblei notwendig ist. Beim Fliegen des Balsagleiters hat sich dann noch herausgestellt, dass trotz Vergrößerung des Seitenleitwerkes, gegenüber der GK-104, um 25 % eine weitere Seitenleitwerks-Vergrößerung notwendig ist, die bei dem RC-Modell fast 2 dm² beträgt und dies, obwohl der Rumpf nach hinten verlängert werden musste, damit die Flächenausrundung noch vor das Ruder kommt, da der Flächenansatz weiter zurückgeschoben wurde. Insgesamt ist somit, infolge der Verlängerung des Hebelarmes und der Flächenvergrößerung ein um 45% höheres Leitwerksmoment erforderlich um die negative Pfeilungserhöhung von 20 auf 25 Grad kompensieren zu können. Auch die Vergrößerung des Seitenleitwerkes am Balsagleiter brachte eine weitere Erhöhung des Ballastgewichtes mit sich. Eine Nachrechnung der erforderlichen Ballasterhöhung, gegenüber der GK.104, brachte folgendes Ergebnis mit sich:
Fluggewicht der GK-104: 1800 Gramm bei einer Pfeilung von - 20 Grad.
Ballastgewicht der GK-104, jedoch einschließlich Motor, Akku und Steuerung: 400 Gramm
Grobe Annahme: 1/4 des Zellengewichtes vor der Querachse und 3/4 des Gewichtes hinter der Querachse.
Zellengewicht 1800 - 400 Gramm = 1400 Gramm, somit 350 Gramm vor der Querachse und 1050 Gramm hinter der Querachse. Das Gewicht vor der Querachse gleicht das gleiche Gewicht hinter der Querachse aus. Somit sind 700 Gramm durch Ballast auszugleichen.
Hebelarm des Ballastes der GK-104: 25 cm. Entfernung Querachse bis Rumpfspitze: 30 cm. Das Moment ist: 25 cm x 400 Gramm = 10.000 cmg.
Somit hat der Hebelarm zum hinter der Querachse liegenden, auszugleichenden Gewicht, eine Länge von: 10.000 cmg / 700 Gramm = 14,28 cm.
Bei der GK-139 liegt der Schwerpunkt, laut graphischer Ermittkung, bedingt durch die stärkere Pfeilung, 8 cm vor dem Schwerpunkt der GK-104. Somit ist der Hebelarm bei der GK-139 = 14,28 + 8 cm = 22,28 cm. Bei der Annahme des gleichen Zellengewichtes ist somit das hintere Moment:, welches durch Ballast ausgeglichen werden muss: 22,28 cm x 700 Gramm = 15.596 cmg.
Da die Rumpflänge vor dem Schwerpunkt, auch bei der GK-139, aus Gründen des Trägheitsmomentes sowie der Optik des Modelles, beibehalten bleiben soll, gilt auch hier die Hebelarmlänge von 25 cm.
Somit ist ein Ballastgewicht von 15.506 cmg / 25 cm = 623 Gramm erforderlich.
Hinzu kommt noch das größere Seitenleitwerk, wobei das Flächengewicht mit 15 Gramm / dm² angenommen werden kann. Der Hebelarm von Querachse bis Mitte Seitenleitwerk beträgt 70 cm, Das Mehrgewicht sind 30 Gramm. Durch das Mehrgewicht entsteht ein größeres Moment von: 70 cm x 30 Gramm = 2.100 cmg. Somit ein Ballast-Mehrgewicht von: 2.100 cmg / 25 cm = 114 Gramm erforderlich.
Gesamtballastgewicht der GK-139: 623 + 114 = 737 Gramm.
Somit ist ein Mehrgewicht an Ballast, alleine durch die stärkere Pfeilung von - 25 Grad, gegenüber der GK-104 mit -20 Grad, von 337 Gramm erforderlich. Hinzu kommt noch das höherer Zellengewicht von 30 Gramm, durch das größere Seitenleitwerk, so dass ein Fluggewicht von etwa 2167 Gramm vorhanden sein wird, was einem Gewichtszuwachs von 20 % entspricht. Diese theoretischen Annahmen haben sich nach dem Baudurchführung voll bestätigt.
Ob dieses Mehrgewicht durch einen höheren Auftrieb kompensiert werden kann, werden die Flugversuche beim Vergleich zwischen GK-104 und GK-139, zeigen oder ob aber das Optimum an machbarer Flugleistung mit der GK-139 bereits überschritten ist.
Wie ich insbesondere bei der Entwicklung der GK-139 feststellen musste, ist die Pfeilung der Flächen auch für die Profilauswahl und die dazugehörige Verwindung sehr relevant. Bereits bei dem Balsamodell für die GK-139 merkte ich, dass dies auch bereits für das Balsamodell zutrifft, da beide, Profilkombination und Verwindung, gegenüber den bisherigen Modellen, mit weniger negativer Pfeilung, eine Änderung erfahren mussten. Auch der Schwerpunkt lag durch diese Änderungen nicht mehr an der graphisch ermittelten Stelle, was auf einen etwas größeren Anstellwinkel zurückzuführen war. Aus diesem Grunde experimentierte ich mit unterschiedlichen Balsagleitern, mit jeweils unterschiedlichen Anstellwinkeln und Profilkombinationen so lange, bis ein für diese Pfeilung von -25 Grad befriedigendes Flugergebnis vorhanden war. Aus diesen Erkenntnissen heraus wurde dann ein entsprechendes ferngesteuertes Modell mit dieser Pfeilung konstruiert. Beim Einfliegen musste jedoch festgestellt werden, dass das Modell relativ gut flog, jedoch dass die Ruder im Normalflug außerhalb des Profilstrakes lagen, was auf eine falsch gewählte Verwindung zurückzuführen war. Um das Problem zu beheben musste ein neues Flächenpaar mit einer entsprechend anderen Verwindung gebaut werden, da jeder unnötige Ruderausschlag zu Verwirbelungen mit Widerständen führt. Bei den neu gebauten Flächen lagen dann die Ruder, im Normalflug, im Strak. Es kam jedoch auch schon vor, dass 3 Flächenpaare gebaut werden mussten, bis dieses Ziel erreicht war. Wenn ich mit dem nächsten Modell zu schnell war, mussten auch mal die bereits fertigen Einzelteile verworfen werden. Sehr häufig musste eine fertige Konstruktionszeichnung neu gemacht werden, da infolge neuere Erkenntnisse die vorherige Konstruktion vollständig überholt war.
GK-141
Die Basis für dieses Modell ist die GK-137. Im Gegensatz zur GK-137, welche Störklappen aufweist, ist die GK-141 mit Bremsklappen ausgerüstet. Es ist ein 6-Klappen-Modell. Da es mit der GK-137 fast baugleich ist, kann somit der Unterschied in der Steuer- und Bremswirkung untersucht werden. Dieses Modell soll auch als Vorstufe zu einem Wettbewerbsmodell in der Klasse F5J dienen.
GK-142
Dieses Modell wird auf der Basia der GK-141 aufgebaut, soll aber gegenüber der GK-142 eine andere Profilierung erhalten, wobei hier entsprechende speziell konstruierte Klappenprofile angewendet werden, um den Geschwindigkeitsbereich zu erhöhen und auch den Höchstauftrieb zu verbessern. Derzeit finden Untersuchungen zur Durchführung statt.
GK-143
Dies ist die Weiterentwicklung der GK-142, wobei bei diesem Modell der Schwerpunkt durch Ballastverlagerung stufenlos veränderlich ist, so dass die mit der GK-142 erhaltenen Verbesserungen noch weiter erhöht werden.
Da Nurflügel bekanntermaßen sehr kritisch auf Schwerpunktänderungen reagieren, kann dies natürlich auch positiv eingesetzt werden, z.B. bei gewollter Schwerpunktverschiebung wie bei der GK-143. Wenn der Schwerpunkt lediglich um einige cm nach vorne geschoben wird, muss die EWD vergrößert werden um keinen Absturz zu erleiden. Hierdurch wird der Auftrieb erhöht und die Fluggeschwindigkeit wird verringert. Dies kann insbesondere bei Flügen in der Thermik genutzt werden, da hierdurch in der Thermik langsam geflogen werden kann und die Kurven können wesentlich enger sein, so dass ein Zentrieren in der Blase wesentlich einfacher ist und die Steigleistung stark verbessert wird.
Beim Zurückschieben des Schwerpunktes muss die EWD verringert werden um ein Pumpen des Modelles zu verhindern. Hierdurch steigt die Fluggeschwindigkeit des Modelles an, so dass Abwindfelder sehr schnell durchflogen werden können oder aber die Zeit um von einer Thermikblase zur nächsten zu gelangen wesentlich kürzer wird. Auch bei aufkommendem Wind ist das Rückholen des Modelles infolge der höheren Fluggeschwindigkeit einfacher.
Durch die gewollte Schwerpunktverschiebung, im Verbund mit den Flügelklappen, ist somit ein Flugmodell entstanden, das von der Flugdynamik her, dem Unterschied zwischen Langsam- und Schnellflug, in vollständig neue Dimensionen eintritt.
GK-144
Nachdem die Untersuchungen mit einem festgestellten, starren Seitenruder und feststehender Höhenruder-Steueranlage und eine Steuerung lediglich mit dem Querruder als kombiniertes Höhen- und Querruder bei der GK-137 nicht zufriedenstellend erfolgt sind, da der Hebenlarm zwischen Querachse und Höhenruder zu gering ist, wurde die GK-144 umkonstruiert und ein Modell gebaut, das den bisherigen Negativ gepfeilten Nurfügeln entsprach, mit Seitenruder, separatem Höhenruder und ebenfalls separatem Querruder. Ein kombiniertes Höhen- und Querruder wurde auch für spätere Überlegungen, somit gestrichen.
GK-145
Das Modell wurde nach Erprobung der GK-137 nicht gebaut, da ein kombinierte Querruder, zusammen mit dem Höhenleitwerk, sich nicht bewährte, da der Hebelarm Querachse-Höhenleitwerk zu klein ist und sonmit die Ruderkräfte nicht ausreichend waren.
GK 146
Dieses Modell basiert auf der GK-142, ebenfalls als 6-Klappen-Modell, jedoch mit etwas anderer Profilierung
GK-149
Die GK-149 ist ein negativ gepfeilter Motorsegler, der auf der Basis der GK-104 beruht, jedoch eine sensenförmige Randausbildung hat, wobei die Geometrie gegenüber einem ungepfeilten oder positiv gepfeilten Modell gespiegelt ist. Bei dem Modell ist die gerade, vordere Flügelkante die Nasenleiste und die Endleiste ist zum Flächenende, als Ellipse spitz zulaufend nach vorne gezogen. Hierdurch erhoffe ich mir einen noch geringeren induzierten Widerstand, so dass die Kurvensteuerbarkeit noch besser wird und die Flugleistung noch weiter ansteigt, was insbesondere die Steigleistung in der Thermik betrifft. Bedingt durch das extrem spitze Flächenende erwarte ich, dass die Strömung in diesem Bereich, infolge der geringen Reynold´schen Zahl, abreißt und bei Strömungsabriss entsteht kein Auftrieb mehr. Somit dürfte an den Flächenenden auch kein oder nur ein extrem geringer induzierter Widerstand entstehen. Jedoch ist mir nicht klar, inwieweit die Strömung in einer Kurve auf der Kurven-Innenseite, infolge der dort vorhandenen geringeren Geschwindigkeit, abreißt, was dann zum Absturz führen könnte. Aber ein gewisses Risiko muss beim Experimentalfliegen immer eingegangen werden, auch muss mal ein Totalverlust in Kauf genommen werden. Auch das Seitenleitwerk wurde entsprechend dieser Tragflächen-Geometrie gestaltet, so dass vermutlich der Gesamtwiderstand des Modelles geringer wird.
Das Modell hat lediglich Höhen- und Seitenruder, so dass es einfach zu händeln ist.
Leider streht mir kein Windkanal zur Verfügung um die Widerstände der einzelnen Modelle exakt ermitteln zu können und infolge der nur noch minimalen Leistungsverbesserung bei den einzelnen Modellen sind in der freien Natur die geringen Unterschiede nicht mehr feststellbar.
Jedes dieser bisher gebauten Modelle war ein weiterer Schritt in Richtung Verbesserung der Flugleistung oder der Flugstabilität oder aber auch der Vereinfachung beim Bau dieser Flugmodelle. Einige Modelle dienten auch lediglich dem Austesten der Möglichkeiten einer weiteren Leistungssteigerung. Insgesamt habe ich Nurflügelmodelle mit 12,5 / 15,0 / 17,5 / 20,0 / 22,5 und 25,0 Grad negativer Pfeilung gebaut und deren Leistung untersucht.
Im Nachhinein betrachtet, war es ein langer und experimentalreicher Weg ein solches Flugmodell zu konstruieren. Aber es ist schon ein besonderes Gefühl eine Flugzeugart, entgegen der Meinung aller großen Flugzeugkonstrukteure und vieler Modellflugexperten dennoch zum Fliegen zu bringen und dann noch mit solchen Flugleistungen die auch an hochwertige Normalmodelle anknüpfen, aufwarten zu können. Mit einer Entwicklungsarbeit von Heinz Unger seit 1957 sind somit 60 Jahre vergangen bis diese als speziell für den RC-Flug konstruierten Modelle problemlos fliegen können. Im Zuge der Entwicklung gab es natürlich auch Rückschläge und fast unüberwindbare Probleme. Hier ist insbesondere die GK-100 zu nennen, mit den Problemen der unwirksamen Querrudern. Dieses Phänomen konnte ich anfangs überhaupt nicht erklären und es bedurfte schon einer längeren Überlegungsphase bis ich auf die Ursache, die Lage der Querachse, kam und erst nach deren Berücksichtigung bei weiteren Konstruktionen war das Problem behoben und die Ruder waren entsprechend wirksam. Aber hierauf zu kommen, war schon eine besonder Sache, die dann noch mit einigen Überlegungen und vielen Versuchen verbunden war. Gezielte Recherchen hierzu ergaben lediglich ein ungenügendes Ergebnis. In dem 1990 erschienenen Buch "Schwanzlose Flugzeuge", von Nickel / Wohlfahrt, ist eine Skizze mit den jeweiligen Querachsen enthalten und die Ruder reichten nicht an die Querachse heran, aber eine Begründung hierfür ist nicht enthalten, wobei eine Seite vorher, bei den stark positiv gepfeilten Flugzeugen die Ruder Querachsen - übergreifend gezeichnet waren obwohl hier genau die gleichen Grundsätze gelten.
In dem Buch: "Flugmodell-Aerodynamik", welches 1986 im Verlag für Technik und Handwerk erschienen ist, steht geschrieben: "Eine negative Pfeilung unterstützt die Steuerfähigkeit im niedrigen Geschwindigkeitsbereich, führt andererseits aber zu etwas verringerter Seitenstabilität. Einen aerodynamischen Vorteil bringt sie nicht mit sich. Zweisitzige Segelflugzeuge haben sie ausschließlich, um dem hinten sitzenden Piloten bessere Sichtverhältnisse zu gewähren ohne die Schwerpunktlage verändern zu müssen.". Mehr steht in dem 256 Seiten umfassenden Buch nichts über negativ gepfeilte Flugmodelle. Das gesamte Buch basiert lediglich auf Normalflugmodellen ohne irgendwie geartete Pfeilung.
Weitere Ergebnisse fand ich nicht und waren somit auch nirgends bei entsprechenden Untersuchungen der Ruder, berücksichtigt.
Bei einigen Modellen musste ich leider auch neue Flächen bauen, da die ursprünglichen Flächen infolge ungenügender oder zu starker Verwindung oder ungünstiger Profilkombinationen die gewünschte Leistungsfähigkeit nicht erreichten oder die Flugstabilität nicht meinen Vorstellungen entsprach Wenn z.B. die Höhenruder, im Normalflug, nach oben ausgeschlagen waren, war die Verwindung zu gering und musste beim nächsten Flügelentwurf geändert werden, waren die Ruder nach unten ausgeschlagen, war das Gegenteil der Fall, war die Verwindung zu groß gewählt.
Eine besondere Herausforderung an mich war die GK-139, bei der ich eine negative Pfeilung von 25 Grad ausführte. Bereits bei dem maßstäblichen Balsamodell in 1/4 der Größe, mit 75 cm Spannweite, musste ich feststellen, dass nach dem Einfliegen der Schwerpunkt wesentlich weiter vorne lag als dies bei der graphischen Ermittlung der Fall war. Dies deutete auf eine zu große Einstellwinkeldifferenz hin und gleichzeitig bestand hier die Gefahr, dass die Querachse zu weit vorne zu liegen kam, was sehr negative Auswirkungen auf die Querruder hätte haben können. Aus diesem Grunde war die Verringerung der Einstellwinkeldifferenz angesagt, was ich mittels der Verringerung des S-Schlages des inneren Profiles ausgeführt habe. Der S-Schlag wurde so weit verringert, bis der Schwerpunkt an der graphisch ermittelten Stelle lag. Anschließend wurde das sich ergebende Profil am Balsagleiter genau, mittels Kaliber, ausgemessen und mittels des Sielemann-Programmes in ein normales Profil umgewandelt. Dann wurde an dem, für das Modell vorgesehene Profil, der S-Schlag entsprechend angeglichen. Auch musste ich bereits an dem Balsamodell feststellen, dass das erforderliche Ballastgewicht mit der Erhöhung des negativen Pfeilungswinkels wesentlich zunimmt. Nach dem Bau des Modelles musste bereits beim Einfliegen festgestellt werden, dass die Verwindung der Flächen etwas zu groß gewählt wurde, wodurch die Höhenruder nach unten ausgeschlagen waren. Hieraus erfolgte ein nochmaliger Bau der Flächen, mit einer geringeren Verwindung, aber auch bei diesem Flächenpaar war die Verringerung noch nicht ausreichend geringer, so dass erst bei dem 3. Flächenpaar die Ruder im Profilstrak lagen und die Flug-Leistung entsprechend gut waren. Auch so etwas ist mir mehrfach passiert und mit solchen Sachen muss man, wenn neue Wege beschritten werden, leben.
Bei einigen Modellen musste auch der bestehende Rumpf, nach dem Grobeinfliegen, verlängert werden, da der Schwerpunkt etwas weiter nach vorne rutschte und so, bei der bestehenden Konfiguration, zu viel Ballastgewicht erforderlich war. Es kam natürlich auch vor, dass vorne zu viel Ballast war und hinter dem Schwerpunkt eine weitere Kammer, für den schweren Akku, geschaffen werden musste um den Schwerpunkt einhalten zu können. All dies fand natürlich bei dem Konzept für das nachfolgende Modell Berücksichtigung, so dass sich jedes Modell vom Vorgänger unterscheidet.
Negativ gepfeilte Nurflügel - Flugmodelle sind nur in kleinen Dimensionen herstellbar, da bei zulassungspflichtigen Modellen zwingend eine aerodynamische Berechnung aller Teile vorgeschrieben ist, die bei der Zulassung vorgelegt und von dort überprüft wird und die von diesen Flugmodellen nicht erbracht werden kann. Somit sind der Experimentalfreude hier sehr enge Grenzen gesetzt und eine Weiterentwicklung ist sehr schwierig.
Etwas ganz Besonderes ist es dann aber doch, wenn der Organisator der Inter Ex in Vaihingen, Stephan Brehm, am 17.03.2017 im "RC-Network.de", "Forum Nurflügel", Thema "Überlegungen und Erfahrungsberichte zu vorgepfeilten Nurflügeln", Beitrag 16, schreibt:
"Hallo, Gunter Kirch hat auf der Inter Ex 2015 in Vaihingen seine beiden vorgepfeilten Nurflügel GK-102 und GK-120 präsentiert. Die Modelle flogen Klasse und waren eine Augenweide. https://www.flugmodellbau-kirch.de. Schaut auch die Subseite zur Inter Ex 2015 und den enthaltenen Link zu den Bildern bei Laurent Berlivet (jivaro.org) an. Die GK-102 sieht in der Luft großartig aus und wurde bei der Inter-Ex auch recht dynamisch bewegt, ohne zu flattern. Gruß Stephan.
Ein solches Lob von dem Organisator sehr vieler Inter-Ex-Veranstaltungen zu erhalten, der sicherlich einige tausend Experimentalmodelle hat fliegen sehen, ist schon etwas Besonderes.
Der bisher, von den Flugleistungen her gesehen, beste negativ gepfeilte Nurflügel ist die GK-103 mit der doppelten V-Form. Dieses Konzept habe ich aber nicht mehr weiter verfolgt, da der Bauaufwand für diese Art von Modellen sehr hoch ist. Insbesondere ist hierfür ein Paar Hellingbretter (rechtes und linkes) erforderlich, die genau für diese Pfeilung hergestellt werden müssen. Aus diesem Grunde habe ich die Möglichkeit des Baues mit einfacher V-Form entwickelt und auch erfolgreich eingesetzt, wodurch der gesamte Bauaufwand der Tragfläche wesentlich verringert werden konnte, aber die Leistung dieser Modelle war immer etwas geringer geblieben.
Zum Abschluss ist anzumerken, dass mittlerweile bereits sehr viele Fragen zur Konstruktion dieser Modelle geklärt sind, jedoch noch einige Probleme im Raum stehen, die der Überprüfung und weiterer Klärung bedürfen.
Alle in dieser Homepage unter "Negativ gepfeilte Nurflügel" veröffentlichte Erkenntnisse bezüglich der RC-Modelle wurden von mir selbst gewonnen und wurden ausgiebig ausgetestet. Es ist also keine Darstellung enthalten mit dem Hinweis "Das müsste funktionieren" oder " Das könnte so machbar sein", wie dies in anderen Abhandlungen des Öfteren zu lesen ist.
Somit werde ich bei Anfragen, die außerhalb des von mir überprüften Spektrums liegen, immer passen, da ich keine Hinweise von Dingen geben werde, die ich nicht selbst untersucht und voll von meinen Tipps überzeugt bin, da ich nur diese selbst überprüft und mehrfach, ausgiebig, ausgetestet habe.
Schrifttum
A. Lippisch: „Ein Dreieck fliegt“, Motorbuch-Verlag
Horten / Selinger: „Nurflügel“, Weißhaupt-Verlag
Schlichting / Trockenbrodt: „Aerodynamik des Flugzeuges“, Band II, VDI-Verlag
W. Herbst: „Das schwanzlose Segelflugzeug mit Vorpfeilung“, VDI-Verlag, Luftfahrt Forschungsbericht, Heft 22.
Akaflieg Berlin: „Neukonstruktion B 11“, Jahresbericht 1961.
Aerodynamische Versuchsanstalt Göttingen, "Drei- und Sechskomponentenmessungen an einem Modell 1:8 des Baumusters B 11"
Raggaber: „Nurflügel-Flugmodelle“, Moritz Schäfer Verlag.
M. Lichte: "Nurflügel-modelle", vth modellbaureihe 3
Erich Jedelsky: „Der Nurflügel in der Sackgasse“, Kopie der Abhandlung in: „Nur Flügel ?“ von H. Eder, Herkunft unbekannt.
Werner Thies: „Über die Methodik der Flugmodellerprobung“, Kopie der Abhandlung in: „Nur Flügel ?“ von H. Eder, Herkunft unbekannt.
Werner Thies: "Modellflug Lexikon", Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden, 1977
Werner Thies: "Handbuch für den Modellflug", Band 1: Entwurf und Planung von RC-Segelflugmodellen, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden, 1976.
Werner Thies: "Handbuch fur den Modellflug", Band 2: Konstruktion und Bau von RC-Segelflugmodellen, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden, 1977.
H. Unger: „Vorgepfeilte Nurflügel“, Mechanikus 10/1962
H. Unger: „Vorgepfeilte Nurflügelmodelle“ Flug und Modell-Technik 3/1968
H. Unger: „Weitere Flugversuche mit einem vorgepfeilten RC-Nurflügel“, Flug- und Modell-Technik 2/1969.
H. Unger: „Schwanzlose Segelflugmodelle mit vorgepfeilten Flügeln“, Thermiksense 2/2008
G. Hausmann: „Experimentals von Günter Hausmann“, Flug- und Modell-Technik 11/1986.
H. Gremmer: „Die Klassen der selbstgesteuerten Modelle“, Flug- und Modell-Technik 7/1960.
W. Klinger: „Kleine Motor-Modelle vor neuer Entwicklung“, Flug- und Modell-Technik 7/1958.
W. Zwilling: „Der Fachmann – eine Betrachtung“, Flug- und Modell-Technik 11/1963.
W. Gutsche; „Wird das die Konkurrenz der Klasse A 2“, Der Modellbauer, Heft 3, 1957.
K. Nickel: „Negative Pfeilform“, Modell-Technik und Sport, Folge 11.
K. Nickel: "Schwanzlose Flugzeuge", Birkhäuser-Verlag, Basel, 1990
W. Demuth: „Wie wär´s mit einem Nurflügel“, Kopie des Artikels liegt mir vor, jedoch unbekannter Herkunft.
Anmerkung: Die im Schrifttum aufgeführten Abhandlungen liegen mir ausnahmslos alle vor, entweder die Bücher oder die Zeitschriften oder aber als Kopien.
