Stand: 03.11.2021
Das Flugzeug, die "B 11", ist eine Konstruktion der Akademischen Fliegergruppe Berlin (Akaflieg Berlin). In deren Home-Page steht über das Flugzeug:
"Nach dem Krieg war der Segelflug zunächst verboten.
Erst 1960 wurde mit dem Entwurf der B 11 begonnen. Bis 1961 entstand ein schwanzloses Segelflugzeug in Gemischtbauweise. Während des Baus wurde leider mit Erschrecken festgestellt, dass das Flugzeug besser auf dem Boden bleiben sollte. Diverse Teile wurden in den Wohnungen ehemaliger Mitglieder gesichtet."
Die "B 11" ist eine Entwicklung von Prof. Dr. Ing. Wolfgang Herbst der AKA - Flieg Berlin.
Technische Daten:
Spannweite: 17,30 m
Rumpflänge: 4,00 m
Flügelfläche: 15,80 m²
Tragflächenprofil: Naca 747A315
Aerodynamische Streckung: 19,0 m²
Zuspitzung: 0,25
Pfeilung der t/4-Linie: - 18 Grad
V-Form der Flächen: 9 Grad
max. Fluggewicht: 321 kg
Plan des Modells für den Windkanal in Göttingen.
Bei den Windkanaluntersuchungen hat sich herausgestellt, dass das Flugzeug völlig flugunfähig ist. Auch von mir hergestellte Flugmodelle auf dieser Basis, selbst kleine Balsagleiter, konnten absolut nicht zum Fliegen gebracht werden. Als Profil wurde durchgehend das Naca 747 A 315 mit geringer Verwindung angewendet. Zur Berechnung des Flugzeuges "B 11" wurden nur von den technischen Hochschulen anerkannte und übliche Rechen-Programme "nach Lehrmeinung" und "Stand der Technik" verwendet, die einen exzellent flugfähigen und mit extrem hoher Flugleistung ausgestatteten Segler ergaben, was sich dann im Windkanal als vollständig daneben liegend zeigte, da keinerlei stabilisierenden Momente vorhanden waren. Somit waren die Aussagen von Alexander Lippisch, dass diese Art von Flugzeugen nicht zu stabilisieren seien, wieder einmal bestätigt.
Literatur:
1. Jahresbericht 1961 der Akademischen Fliegergruppe Berlin e.V.
"Neukonstruktion - B 11", Seiten 16 bis 19.
2. Luftfahrt-Forschungsberichte des Bundesministers für Verkehr,
Heft 22: "Das schwanzlose Segelflugzeug mit Vorpfeilung"
Dipl. Ing. W. Herbst, Akademische Fliegergruppe Berlin,
VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1963,
Seiten 1 bis 13.
Das kleine Balsamodell fliegt recht gut, wobei dieses Modell nicht der B 11 entspricht, sondern Rumpf und Seitenleitwerk wesentlich geändert wurden, um einen stabilen Flug zu erreichen. Das größere, Vollbalsamodell musste ebenfalls analog geändert werden, um es zum Fliegen zu bringen.
Die "B 11" war eines der Modellbauprojekte welche ich ursprünglich realisieren wollte. Jedoch ist somit auch ein RC-Modell der "B 11" nicht flugfähig. Aus diesem Grunde wurde ein auf der Basis der "B 11" konzipiertes Modell konstruiert und gebaut, die GK-102, bei der gegenüber der "B 11" wesentliche Änderungen vorgenommen wurde. Die Tragflächenform wurde jedoch beibehalten. Die westlichen Änderungen umfassen, wie bereits geschrieben, die Rumpflänge und die Größe und Anordnung des Seitenleitwerkes sowie die Profilierung und die Verwindung der Tragfläche. Somit ist außer der Geometrie der Tragflächen bei der GK-102 nichts mehr von der "B 11" enthalten, lediglich das Aussehen ist ähnlich.
Die GK-102 hat ein sehr eleganten Flugbild, wie unter "negativ gepfeilte Nurflügel" zu sehen ist und eine sehr hohe Flugleistung, wie bei der Inter Ex 2015, in Vaihingen an der Enz, sehr anschaulich dokumentiert werden konnte.
Gegenüberstellung der "B 11" und der "GK-102"
Nachdem ich nun 20 negativ gepfeilte Nurflügel-Flugmodelle mit den unterschiedlichsten Profilierungen, Spannweiten, Flächen Geometrien und Pfeilungsgrößen konstruiert, gebaut und geflogen habe, kann ich mir sicherlich erlauben einige Kritikpunkte am Entwurf der "B 11" auszuüben.
Grundlage ist hierfür die Veröffentlichung in den: „Luftfahrt – Forschungsberichte“ des Bundesministers für Verkehr, 1963, Heft 22 von Dipl. Ing. W. Herbst.
Die Anmerkungen sollen nach den folgenden Punkten behandelt werden:
1. Flächengeometrie
2. Pfeilung der Tragfläche
3. Profilierung
4. Schwerpunkt
5. Klappenanordnung
6 Torsion der Fläche
7. V-Form
8. Induzierter Widerstand
9. Seitenleitwerk und Ruder
10. Interferenz-Widerstand
11. Schlussbetrachtung
Verschiedene Argumente sind bereits an anderer Stelle erwähnt. Ich möchte diese jedoch an dieser Stelle nochmals, aus Übersichtsgründen, erwähnt wissen.
1. Flächengeometrie
Die Geometrie der Tragfläche der "B 11" wurde für die "GK-102" maßstäblich beibehalten. In der Veröffentlichung über die "B 11" sind Untersuchungen über andere Flächen Geometrien nicht enthalten.
2. Pfeilung der Tragfläche
Die Pfeilung der t/4-Linie von minus 18 Grad wurde auch für die "GK-102" beibehalten. Untersuchungen über andere Pfeilungsgrößen sind in der Abhandlung über die "B 11" nicht enthalten.
3. Profilierung
Für die Profilierung der "B 11" wurde das Profil: Naca 747A315 über die gesamte Flächenlänge ausgewählt, wobei das Profil auf 18% aufgedickt und mit einer Verwindung eingesetzt wurde. Die Größe der Verwindung ist jedoch nirgends veröffentlicht. Eine Untersuchung über die Verwendung anderer Profile ist nicht enthalten.
Bei mir waren bereits bei den ersten negativ gepfeilten Nurflügel-Balsagleitern, Ende der 50iger Jahre, immer die Flächenenden hochgezogen und dann dem Bau entsprechend ausgetrimmt. Bereits hier war somit im mittleren Bereich ein S-Schlag-Profil eingebaut, das nach außen in ein Normalprofil überging. Ein durchgehendes Profil mit leichtem S-Schlag kannte ich nur von Brettmodellen und nicht von positiv oder negativ gepfeilten Nurflüglern.
Bei meinem ersten negativ gepfeilten RC-Nurflügler, der "GK-86", habe ich dieses Prinzip bereits angewendet, jedoch im Außenbereich ein Profil mit zu hohem Auftriebsbeiwert und dementsprechend innen ein Profil mit hohem positivem Moment wählen müssen, was ein Modell mit großer EWD ergab und somit absolut schlechte Flugeigenschaften aufwies. In Zusammenarbeit mit Heinz Unger wurden dann verschiedene Profilkombinationen mit entsprechender Verwindung untersucht und probiert, jedoch keine einzige Fläche mit nur einer durchgehenden Profilierung.
4. Schwerpunkt
Wo der Schwerpunkt der "B 11" liegen soll, geht aus den Ausführungen nicht hervor und ich konnte die Lage des Schwerpunktes, auch trotz intensiver Recherchen, nicht ermitteln.
Bei mir war jedoch bereits der erste, nach der Skizze der "B 11" gebaute Balsagleiter, nicht flugfähig, da der Rumpf zu kurz und ein Austrimmen des Gleiters absolut unmöglich war. Aus diesem Grunde musste der Rumpf verlängert und das Seitenleitwerk entsprechend vergrößert werden. Erst dann konnte der Gleiter entsprechend ausgetrimmt werden und flog. Eine graphische Ermittlung des Schwerpunktes ergab, dass der Pilot der "B 11" noch hinter dem Schwerpunkt gesessen hätte und eine Trimmung somit unmöglich gewesen wäre. Gegenüber der "GK-102" ist diese Schwerpunkt-Lage mir vollständig unverständlich. Auch die Rumpflänge der "B 11" gibt mir Rätsel auf. Die Spannweite der "B 11" betrug 17,325 m. Die "GK-102" hat eine Spannweite von 3,18m. Somit beträgt der Verkleinerungsfaktor der "GK-102" = 5,448. Laut Skizze ist der Rumpf der "B 11" = 4,0 m lang. Dividiert durch den Verkleinerungsfaktor würde somit die Rumpflänge für das Modell 73,4 cm betragen. Wird nun das bei der "B 11" ebenfalls überstehende Ruder, mit 10 cm am Modell und die Ausrundung der Flächenenden mit 5,0 cm angenommen und weiter die Flächentiefe an der Wurzel mit 36 cm berücksichtigt und die Lage des Schwerpunktes 18,0 cm vor der Flächenwurzel angesetzt, so ergibt sich:
73,4 -10,0-5,0-36,0-18,0 = 4,4 cm, was als Hebelarm für den Ballast übrig bleibt, was unmöglich zur Austrimmung ausreicht. Aus diesem Grunde wurde der Rumpf des Modelles entsprechend länger konzipiert, so dass das Modell, nach Komponenteneinbau, nur noch einen geringen Bleiballast benötigte.
Der graphisch ermittelte Schwerpunkt wurde auch für die "GK-102" beibehalten und musste nur geringfügig, während des Einfliegens, verändert werden.
5. Klappenanordnung
In der gesamten Abhandlung der "B 11" ist kein Wort über das Problem, bei diesen Flugzeugtypen, mit der Querachse enthalten. Die Lage der hier berücksichtigten Querachse entspricht den Werten der "GK-102", da für die "B 11" kein Schwerpunkt bekannt ist. Die ermittelten Werte der Querachse sind für andere Modelle mit etwas größerer oder kleinerer Pfeilung in etwa gleich.
Bei der Anordnung der Klappen ist die Beachtung der Querachse eminent wichtig, denn bei gleichem Klappenausschlag bewirkt die hinter der Querachse liegende Klappe genau das Gegenteil der vor der Querachse liegenden Klappe. So wirkt eine nach unten gefahrene Klappe hinter der Querachse auftriebserhöhend und das Modell geht mit dem hinteren Teil nach oben und geht so in den Sinkflug über. Im Bereich vor dem Querruder bewirkt diese Klappenstellung ebenfalls mehr Auftrieb, aber hier dreht die Fläche nach oben und geht in den Steigflug. Daher darf im Bereich der Querruder keine Höhen- oder Querruder-Klappe angeordnet sein, da die Wirkungen sich gegenseitig aufheben und lediglich für Verwirbelung und somit Widerstrand sorgen würden.
In dem Bericht über die "B 11" sind jedoch Untersuchungen über Klappenanordnungen enthalten, die diesem Grundsatz widersprechen. Die dort untersuchten Klappengrößen sind wie folgt aufgeführt, wobei die Werte aus der Skizze graphisch entnommen wurden und stellen daher nur ca.-Werte dar, die jedoch für das Ergebnis absolut ausreichend sind. Insgesamt wurden 8 unterschiedliche Klappenanordnungen untersucht, wobei Version 1 und 9 identisch sind. Die Klappenlängen wurden in % der Spannweite ermittelt wobei 0% die Flächenwurzel ist. Die Ergebnisse wurden gerundet.
Version 1: von 0 % bis 100 %
Version 2: von 0 % bis 80 %
Version 3: von 0 % bis 60 %
Version 4: von 0 % bis 40 %
Version 5: von 20 % bis 60 %
Version 6: von 40 % bis 80 %
Version 7: von 65 % bis 100 %
Version 8: von 45 % bis 100 %
Version 9: von 0 % bis 100 %
Der Schwerpunkt liegt bei der "GK-102" = 18 cm vor dem Flächenansatz. Somit tritt die Querachse, bei einer Rudertiefe von 25 % Flächentiefe, bei 75 % der Spannweite in das Ruder ein. Bei 20 % Rudertiefe ist dies bei 77 % der Fall. Die Querachse tritt bei 82,5 % aus der Flächenhinterkante wieder aus. Somit ist dieser Bereich für Höhenruder und Querruder-Klappen tabu. Von allen in der Ausarbeitung über die "B 11" ist somit lediglich die Version 3 eine machbare Lösung, wobei die Klappe als kombiniertes Höhenruder und Querruder gestaltet werden könnte. Am Flächenende verblieben lediglich noch 15 %, was für ein Querruder nicht ausreichend ist. Eine Stör- oder Bremsklappe könnte lediglich im Bereich von 65 bis 85 % angeordnet werden, was jedoch infolge des großen Abstandes zum Schwerpunkt, infolgte des großen Hebelarmes, Probleme ergeben könnte. Eine Anordnung im Bereich der Ruder führt zur Beeinträchtigung der Ruderwirkung infolge Verwirbelung und kann ausgeschlossen werden.
Bei der "B 11" reicht die innere Klappe, laut Skizze, von 0 % bis 27,5 % und die äußere Klappe von 27,5 % bis 85 % somit läge die äußere Klappe, mit den Werten der "GK-102" gerechnet, noch im Bereich des Querruders. Da die Querachse der "B 11", gemäß Rumpfabmessungen, jedoch weiter zurück gelegen haben müsste, wäre diese innerhalb der Ruder angeordnet gewesen.
6. Torsion der Fläche
Das größte Problem bei diesen Flugzeugen, wie auch bei den entsprechenden Modellen, ist die Torsion der Tragflächen. Bedingt durch die Vorpfeilung entsteht zwischen Aufhängepunkt und Auftriebsmittelpunkt ein Hebelarm der eine Verdrehung des Flügels bewirkt. Ganz grob gerechnet ist dies bei der "GK-102" ein Hebelarm, parallel zur Längsachse gemessen, von 21 cm. Bei einem Fluggewicht von 2300 Gramm und einer rechnerischen Belastung von 2,5 G entfällt somit auf eine Flächenhälfte eine Belastung von 2300 / 2 x 2,5 = 2875 Gramm. Das Moment ist somit 2,875 x 0,21 = 0,575 kgm, was für die Fläche eine enorme Belastung darstellt. Das Ganze kann auch tatsächlich überprüft werden, indem eine Flächenhälfte mit den Verbindungsstäben, mit der Unterseite nach oben, auf einem stabilen Tisch befestigt wird und im Auftriebsmittelpunkt die Belastung von 2,875 kg aufgebracht wird. Die Fläche wird sich durchbiegen und „aufdrehen“, das heißt der Anstellwinkel wird durch die Belastung größer und somit wird auch der Auftrieb und die Belastung noch höher, was eine Kettenreaktion ist, bis die Fläche, ohne jede Vorwarnung, plötzlich zerbersten wird.
Bei positiv gepfeilten Flächen tritt das Gegenteil auf, die Flächen drehen bei Belastung zurück.
7. V-Form
Die V-Form der Tragflächen wurde, wie bei der "B 11", auch bei der "GK-102" mit 9,0 Grad plus beibehalten. Eine Untersuchung über die unterschiedlichen V-Form-Größen und deren Auswirkung ist in der Untersuchung nicht enthalten.
8 Induzierter Widerstand
In der Abhandlung von Dipl. Ing. W. Herbst ist erwähnt, dass der induzierte Widerstand geringer ist, was auch bei der "GK-102", bei Flugversuchen, bewiesen wurde. Eine Größe der Verringerung ist in der Abhandlung nicht enthalten.
9. Seitenleitwerk und Ruder
Bedingt durch die negative Pfeilung und der großen, vor dem Schwerpunkt liegenden Seitenflächen ist ein weitaus größeres Seitenleitwerk erforderlich, wie auch in dem Forschungsbericht zum Ausdruck kommt, jedoch ist kein Maß der Vergrößerung angegeben. Ferner hat Dipl. Ing. W. Herbst in seinen Ausführungen darauf hingewiesen, dass bei höherem Auftrieb das Flugzeug positiv angestellt werden muss, was natürlich bedeutet, dass der Rumpf ebenfalls positiv angestellt wird und dementsprechend die umströmende Luft stark verwirbelt ist und logischerweise dann das Seitenleitwerk im Umströmungsbereich unwirksam werden lässt. Aus diesem Grunde wurde bei der "GK-102", im Gegensatz zur "B 11" ein Teil des Seitenleitwerkes unter der Tragfläche als Rumpf angesetzt und auch das Ruder soweit heruntergezogen, so dass insbesondere im Landeanflug, noch genügend unverwirbelte Seitenleitwerksfläche vorhanden ist. Bei der Landung setzt das Modell natürlich am Schwanzende auf.
10. Interferenz-Widerstand
Der Interferenzwiderstand ist bei diesem Flugzeug beträchtlich, da hier 3 unterschiedliche Widerstände zusammenkommen und sich nicht nur addieren, sondern potenzieren. Dies sind:
1. Widerstand durch den Rumpf,
2. der Widerstand durch die Tragfläche und
3. der Widerstand durch das an gleicher Stelle vorhandene Seitenleitwerk.
Um die Gesamtsumme dieser Widerstände in einem erträglichen Maß zu halten sind entsprechende Ausrundungen und Übergänge dringend geboten.
11. Schlussbetrachtung
Als Resümee dieser Betrachtung ist für mich unverständlich, dass diese bei der "B 11" aufgetauchten Probleme nicht untersucht wurden, sondern, trotz sehr positiven Ansätzen, die eine wesentliche Leistungssteigerung der Flugzeuge mit diesem Konzept voraussahen, der Rohbau der "B 11" verschrottet und die Sache vollständig aufgegeben wurde. Ein von mir dem Institut gemachtes Angebot die "GK-100" und die "GK-102", die beide hervorragend fliegen, im dortigen Windkanal zu untersuchen und zu vermessen, wurde nicht angenommen. Es wird alles, wie mir unverblümt gesagt wurde, nach dem Motto: „Das ist Stand der Technik“ und „Das ist Lehrmeinung Herr Kirch“, durchgeführt. Neue Ideen und Konzeptionen passen einfach nicht in die heute festgefahrenen Strukturen der Universitäten und Institute und wenn es früher nicht immer wieder geniale Pioniere gegeben hätte, die neues und unkonventionelles ausprobiert hätten, würden wir sicherlich noch heute in Berlin vom Lilienthal-Fliegeberg mit Gleitern den Hang herabrutschen.
Für mich ist auch nicht verständlich, dass das sonst so genaue und penible Luftfahrtbundesamt die aerodynamische Berechnung der B 11, wie auch die Bau-Ausführungspläne genehmigt hat, ohne irgendwelchen, zusätzlichen Nachweis, eventuell auch Modellversuch, dass das geplante Flugzeug auch tatsächlich flugtauglich ist.
Auch das luftfahrttechnische Institut, welches später, während des Rohbaues, die Windkanaluntersuchungen durchführte, hat keinerlei Hinweise gegeben, warum die B 11 besser am Boden bleiben sollte. Hier stellte man lediglich fest, dass die B 11 vollständig fluguntauglich ist, ohne Gründe zu nennen.
