Flugzeuge und Hubschrauber derILA 2006

Internationale Luftfahrtausstellung

Technische Daten:

Pilot / Führer	1
Passagiere	4
Wasserverdrängung	2,4 Tonnen
Geschwindigkeit	170 km/h
Reichweite	400 km

Länge	10,70 m
Breide	5,90 m
Höhe	3,40 m
max. Wellenhöhe	0,35 m bei 170 km/h
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Beschreibung:

Wassergleiter dieser Klasse sind im Seeregister für Schiffahrtsverkehr der Russischen Föderation zertifiziert und entsprechen den Sicherheitsforderungen für Bodeneffektfahrzeuge der internationalen Meeresorganisation (IMO).

Der auf der ILA 2006 ausgestellte russische Wassergleiter bietet Platz für 5 Personen, einschließlich Piloten / Bootsführer. Der mit 170 km/h sehr schnelle Gleiter war einer der Höhepunkte, der das Publikum anzog. Angetrieben wird das Fahrzeug von 2 kleinen motorgetriebenen Propellern. Das Cockpit ähnelt dem eines Flugzeugs.

Das physikalische Funktionsprinzip eines Bodeneffektfahrzeuges:

Ein Bodeneffektfahrzeug, auch Ekranoplan genannt, ist ein Flugzeug, das in geringster Höhe über ebene Oberflächen, meist Wasser, “fliegt”, um den Bodeneffekt auszunutzen.

Grundlagen

Der Bodeneffekt beruht darauf, dass sich unter den Tragflächen und dem Rumpf eines Luftfahrzeuges in Bodennähe während des Fluges durch die Luft eine Luftrolle bildet, die sich mit dem Flugzeug fortbewegt. Der Wirkungsgrad der Tragfläche wird somit verbessert und der Rumpf der meisten Fluggeräte erhält überhaupt erst einen aerodynamischen Wirkungsgrad. Der bei gleichem Luftwiderstand durch den Bodeneffekt deutlich vergrößerte dynamische Auftrieb macht den Bodeneffektflug wirtschaftlicher als den Flug in größeren Höhen.

Ein zweiter Effekt, der den größeren Anteil an der Erhöhung des Wirkungsgrades eines Bodeneffektfahrzeuges hat, ist das Wegfallen des unteren Teils der Wirbelschleppe. Diese bildet sich am Ende einer Tragfläche eines jeden Flugzeuges und stellt einen großen Teil des Luftwiderstands dar. Bei normalen Flugzeugen versucht man den Widerstandsbeiwert zu verbessern, indem man die Tragflächenenden mit sogenannten „Winglets“ versieht. Da die Wirbelschleppe sich jedoch nur in der Luft ausbreiten kann, wird im Tiefflug der untere Teil der Wirbelschleppe vom Boden oder der See abgeschnitten.

Im Bodeneffekt halten Bodeneffektfahrzeuge, abgesehen vom Problem des plötzlichen Hochschießens, ihre Flughöhe eigenstabil. Beim „Kaspischen Seemonster“ - einem Giganten mit 10 Düsen - ist die Wirtschaftlichkeit des Bodeneffekts so enorm, dass, wenn der Bodeneffekt einmal erreicht worden ist, nur noch 2 der 10 Triebwerke arbeiten müssen, um das Fluggerät voll beladen und höhenstabil auf Reisefluggeschwindigkeit zu halten. Die anderen Triebwerke werden nach Erreichen des Bodeneffekts und der Reisefluggeschwindigkeit abgeschaltet.

Bei erhöhter Antriebsleistung können die meisten Bodeneffektfahrzeuge kurzfristig auch in den freien Flug übergehen, z. B. um Hindernisse zu überwinden.

Strömungsabriss

Bei Bodeneffektfahrzeugen ist die Tragfläche im Verhältnis zur Rumpflänge kürzer als bei Fluggeräten, die für größere Flughöhen konstruiert wurden. Da die Wirbelschleppe sich von den Tragflächenspitzen aus nach hinten kegelförmig ausbreitet, können sich bei einem Bodeneffektfahrzeug die Kegel der Wirbelschleppen der beiden Tragflächenenden noch vor dem Rumpfende treffen. Wenn das geschieht, sinkt das Heck schlagartig ab, das Fahrzeug steigt erst steil nach oben, um dann, den Bodeneffektflug verlassend, seine Mindestfluggeschwindigkeit zu unterschreiten und durch einen Strömungsabriss an den Tragflächen abzustürzen.

Es gibt eine Reihe von Maßnahmen, um dem zu begegnen:

• Das Heckleitwerk so hoch bauen, dass das Zusammentreffen der Wirbelschleppen das Höhen- und Seitenruder nicht erreicht.

• Die Spannweite vergrößern, damit die Wirbelschleppen sich erst hinter dem Bodeneffektfahrzeug treffen. Das würde allerdings die Manövrierfähigkeit negativ beeinflussen und das Leergewicht stiege deutlich an.

• Die Steuerung mit sogenannten „Entenflügeln“ vom Heck an den Bug verlegen.

• Den Gewichtsschwerpunkt nach vorne verlegen.

• Die Tragflächen so formen, dass die Wirbelschleppe sich nicht kegelförmig, sondern verzwirbelt nach hinten ausbreitet und dieser Zwirbel das Heck des Bodeneffektfahrzeuges nicht berührt.

• Schließlich kann man die Elektronik das Flugzeug fliegen lassen, um dem plötzlichen Aufsteigen rechtzeitig begegnen zu können.

Im Westen war es üblich, rein aerodynamische Wege zu finden, also über korrekturen am Höhenruder. Im Osten brachte man alle Triebwerke nach vorne, verlagerte also das Gewicht, baute das Heckleitwerk möglichst hoch und ließ die Elektronik (analoge Rechner und Röhrentechnologie) den Piloten unterstützend das Fliegen übernehmen.

Deutsche Entwicklung

Im Westen wurden die ersten erfolgreichen Tests von reinen als Bodeneffektfahrzeuge entworfenen Fluggeräten 1971 mit der von Professor Alexander Lippisch entwickelten X-113 durchgeführt. Eine Reihe von Testflügen über dem Bodensee bestätigten das Funktionsprinzip, zeigten aber, dass der für den Praxisbetrieb wichtige stabile Flugzustand mit dem Prototyp von nur 5,89 m Spannweite so dicht über der Oberfläche erzielt wurde, dass der geringste Wellengang einen Flug im Bodeneffekt unmöglich machte. Aufbauend auf der X-113 wurde im Auftrag des Bundesverteidigungsministeriums von der Firma Rhein-Flugzeugbau das sechssitzige, amphibische Muster RFB X-114 als Erprobungsträger gebaut, bevor die weitere Entwicklung aufgegeben wurde.

Das Rostocker Unternehmen “Meerestechnik Engineering GmbH” (MTE) hat ein achtsitziges Bodeneffektfahrzeug namens „Seafalcon“ entwickelt. Seit Ende 2006 wird er auf der Warnow in Rostock und auf der Ostsee vor Warnemünde getestet. Das Fahrzeug entspricht nach seiner Klassifizierung einem Wasserfahrzeug (Boot). Als Antrieb werden zwei leicht modifizierte Dieselmotoren mit jeweils 136 PS der A-Klasse von Mercedes verwendet. Der Kasko des Fahrzeuges wurde vollständig aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt. Daher besitzt das Fahrzeug eine extrem geringe Masse.

Sowjetisches “Ekranoplan”

Die sowjetische Marine baute unter dem Namen Ekranoplan eine Anzahl sehr großer Bodeneffektfahrzeuge, wovon im Westen durch Satellitenaufnahmen erstmals das Caspian Sea Monster („kaspisches Seeungeheuer“) bekannt wurde. Die offizielle Bezeichnung des Schiffes war "KM". Es entstand 1964 und hatte eine Spannweite von nur 40 m bei einer Länge von 106 m und einem Gewicht bis zu 540 Tonnen - seinerzeit das doppelte der schwersten Flugzeuge. Angetrieben von 10 Strahltriebwerken, erreichte die Maschine bis zu 750 km/h bei 280 t Nutzlast. Allerdings wurden 8 von den 10 Triebwerken allein für das Abheben von der Wasseroberfläche benötigt. Sie war darauf ausgelegt, Atomraketen zu tragen und zu starten.

Der militärische Vorteil dieser Maschinen gegenüber Schiffen und U-Booten lag neben der hohen Geschwindigkeit auch darin, dass sie keinen Tiefgang hatten und daher nicht vom aktiven Sonar erfasst wurden; gegenüber Flugzeugen bestand der Vorteil neben der großen Nutzlast in der geringen Flughöhe, was die Radarerfassung erschwerte.

Der technische Fortschritt hat jedoch beide Vorteile inzwischen beseitigt. Moderne Flugzeuge können durchaus auch Tiefflieger, Hubschrauber und Bodeneffektfahrzeuge wahrnehmen. Und die Möglichkeiten moderner Satellitenüberwachungen und Überwachungsflugzeuge beseitigten das Flugüberwachungsradarloch in niedrigen und niedrigsten Flughöhen.

In einem alten Industriekomplex in Nischni Nowgorod lagert heute noch ein Gigant unter den Bodeneffektfahrzeugen: Die 73 m lange und 25 m hohe Spasatel sollte als Rettungsfahrzeug bis zu 500 Passagiere befördern. Obwohl die Mittel des Projekts gestrichen wurden, arbeiten die Mitarbeiter immer noch an der Fertigstellung des Fahrzeugs.

Ein Exemplar der Lun-Klasse befindet sich im Hafen von Kaspijsk am Kaspischen Meer, das dort auf einer Art schwimmenden Plattform steht. 700 Meter östlich davon befindet sich ein Ekranoplan der Orlynok-Klasse (A-90) sowie am Ufer Reste eines demontierten Exemplars.

Bodeneffekt bei anderen Fahrzeugen

Die als Surface Effect Ships bezeichneten Hybride aus Schiff und Luftkissenfahrzeug, aber auch reine Luftkissenfahrzeuge, sind keine Bodeneffektfahrzeuge im eigentlichen Sinn, da sie ihren „Schwebeffekt“ nicht aerodynamisch durch den Vortrieb erreichen, sondern „autoerzeugt“ durch einen oder mehrere nach unten gerichtete Luftströme, die zwischen Seitentaschen „gefangen“ sind und während des Vortriebes „mitgenommen“ werden. Der namensgebende Begriff “surface effect” ist an dieser Stelle vom Bodeneffekt (engl. “ground effect”) zu unterscheiden.

Die an einer Stelle schwebenden Hubschrauber befinden sich im Moment des Schwebeflugs (Hover) auch in geringen Flughöhen nicht im Bodeneffekt, da sie in diesem Moment streng aerodynamisch betrachtet eher übermotorisierten Luftkissenbooten ohne Seitentaschen gleichen und nicht den auf „Luftrollen“ „reitenden“ Bodeneffektfahrzeugen. Befindet sich ein Hubschrauber jedoch im Tiefflug in Bewegung, kann er, wie jedes andere Fluggerät auch, in einen ökonomisch sinnvollen Bodeneffektflug geraten.

Im Überschallflug befindliche Luftfahrzeuge sind auch in kleinster denkbarer Flughöhe nicht mehr dazu in der Lage, in den Genuss eines Bodeneffektes zu gelangen, da die o.g. „Luftrolle“ bei Überschallgeschwindigkeit „überholt“ und „abgehängt“ wird.

Bei Zeppelinen, Blimps und anderen (Halb-) Luftschiffen ist der Bodeneffekt ein überhaupt nicht gewünschtes, weil die Struktur gefährdendes Phänomen, weshalb diese Fluggeräte gerne in Flughöhen ab eineinhalbfacher Rumpflänge betrieben werden. Dieses Beispiel dokumentiert auch, dass der Bodeneffekt nicht alleine von der Existenz irgendwelcher Tragflächen abhängig ist, sondern dass ein beliebig geformter Rumpf eines Fluggerätes zum Bodeneffekt beiträgt.

Das Bodeneffektluftkissenfahrzeug

Kombinierte Fahrzeuge aus Luftkissenfahrzeug und Bodeneffektfahrzeug werden z. B. von einem Hersteller in den USA unter der geschützten Bezeichnung „Hoverwing“ hergestellt und beruhen auf der konstruktiven Idee, aus den sehr verbrauchsintensiven Luftkissenfahrzeugen ökonomisch sinnvoller zu betreibende Geräte zu machen, was die Betriebskosten deutlich senken und für alle Anwender die möglichen Reichweiten von Luftkissenfahrzeuge signifikant erhöhen würde. Außerdem könnten wirklich große Bodeneffektluftkissenfahrzeuge überall (auch an Land) starten, landen und betrieben werden.

Mit einem reinen Bodeneffektfahrzeug, wie einem der großen Ekranoplans, ist das Landen und Starten an Land auf Grund gewaltiger Start- und Landestrecken nicht möglich, ohne die derzeit existierenden Start- und Landebahnen der Landflugplätze deutlich auszubauen. Abgesehen davon, dass bei wirklich großen Bodeneffektfahrzeugen neben der Start- und Landebahnproblematik auch das teure Problem eines Fahrwerk gelöst werden müsste.