Das Rotorflugzeug
Letzte Aktualisierung: 01.10.2015

 

Ein Rotorflugzeug hat im Gegensatz zu einem konventionellen Flugzeug keine Tragflächen sondern rotierende Zylinder um mit Hilfe des Magnus Effektes Auftrieb zu erzeugen.Flettners Rotorschiff Baden-Baden

Historie: Anfang der 1920er Jahre experimentierte Ludwig Prandtl an der Aerodynamischen Versuchsanstalt (AVA) in Göttingen mit rotierenden Zylindern. Da sich bei seinen Windkanalversuchen der theoretisch maximale Auftriebsbeiwert von 4π nicht erreichen lies, schlug er vor, den Druckausgleich am Ende der Zylinder mit Endscheiben zu reduzieren. Dadurch konnte der ursprüngliche maximale Auftriebsbeiwert verdoppelt werden, auf etwa Ca = 10.  Inspiriert durch den Erfolg des Rotorschiffs "Buckau" (später umbenannt in "Baden-Baden")  des deutschen Erfinders und Unternehmers Anton Flettner, welches 1926 von Kiel nach New  York segelte, versuchte man damals das Rotorprinzip auf die  Luftfahrt zu übertragen. Allerdings waren sich die Experten damals einig, dass es keine Vorteile bringen würde, wenn man ein Flugzeug mit einem Flettner-Rotor statt mit einem konventionellen Tragflügel ausrüstet. Ganz im Gegenteil, die Vibrationen und die Kreiselkräfte der schnell drehenden Rotoren würden unlösbare Probleme erwarten lassen.

Plymouth A-A-2004 von E.F. Zaparka

Vom Rotorschiff zum Rotorflugzeug: Das Rotorschiff Buckau war vor dem Umbau ein Schoner mit Hilfsmotor. Im Wesentlichen wurde das Schiff modifiziert durch das Ersetzen der Segel durch Flettner-Rotoren. Viele Modelle und Konzepte aus dieser Zeit zeigten ein vergleichbares Konzept für einen Umbau eines konventionellen Motorflugzeugs. Auch hier sollte lediglich die Tragfläche durch Flettner-Rotoren ersetzt werden. Alle anderen Komponenten sollten unverändert übernommen werden, also z.B. auch das Höhenruder. Zahlreiche Skizzen, Patente aber auch Modelle entstanden zu dieser Zeit und mindestens zwei manntragende Rotorflugzeuge wurden auch gebaut. Das hier dargestellte Exemplar soll laut Zeitungsberichten mehrfach geflogen sein. Es handelt sich um das Modell A-A-2004 das zuletzt Herrn Edward F. Zaparka gehörte. Erbaut wurde dieses Rotorflugzeug im Jahre 1929 durch die Plymouth Development Corp. in New York. Ebenfalls in New York wurde von dem  amerikanischen Ingenieur Isaac C. Popper ein Flugzeug  mit vier Rotoren gebaut um damit Auftrieb zu erzeugen.Rotorflugzeug von I.C. Popper Jedoch war die Form der Rotoren nicht zylindrisch sondern konisch. Diese Rotoren wurden durch zwei zusätzliche Indian Motoren mit jeweils 28 PS angetrieben und sie sollen im Vergleich zu einem konventionellen Tragflügel den doppelten Auftrieb erzeugt haben und eine Landegeschwindigkeit von 5 mph ermöglichen. Die kleineren Spindeln, waren zur Flugsteuerung vorgesehen, die vorderen Spindeln hingegen nur für den Auftrieb. Leider sind keine Hinweise auf einen erfolgreichen Flug zu finden.

Nachweis der Flugtüchtigkeit durch ein Rotorflugmodell: Als erster Schritt zum Nachweis der Anwendbarkeit von rotierenden Zylindern in der Luftfahrt wurde ein kleines Rotorflugmodell gebaut. Dazu wurde ein kommerzieller SlowFlyer Ember von Parkzone modifiziert, und zwar in ähnlicher Weise wie die beiden Rotorflugzeuge oben. Neben kleineren Modi-             Rotorflugmodell Spicy von J. Seifert

fikationen am Fahrwerk und dem Propellerantrieb wurde ein Thom-Rotor, also ein Zylinder mit mehreren Scheiben aus leichtem Papier (30g/m²) integriert. Dieser Thom-Rotor verspricht noch höhere Auftriebsbeiwerte als der Flettner-Rotor, und eine größere aerodynamische Effizienz (Ca/Cw). Dieses Modell wiegt lediglich 50g und ist mit einer 4-Kanal-Fernsteuerung ausgestattet. Bei den Testflügen, die in einer Halle stattfanden, konnte der Effekt der Kreiselkräfte im Flug erfahren werden. Es zeigte sich, dass die Kreiselkräfte durchaus die Flugdynamik beeinflussten. Größere Vibrationen wurden nicht festgestellt. Dies liegt vermutlich an der biegeweichen Cantilever-Lagerung der Rotoren. Im Flug wurden bei einer Fluggeschwindigkeit von etwa 2 m/s und bei einer Rotor-Drehzahl von etwa 2500 1/min Auftriebsbeiwerte von Ca ≈ 6 erreicht.

Vision: Es ist denkbar, dass rotierende Zylinder in der zukünftigen Luftfahrt eine Rolle spielen werden. Eine mögliche Anwendung wäre zum Beispiel ein Hochauftriebssystem mit einem in das Flügelprofil integriertem rotierenden Zylinder, das bereits vor einigen Jahren von der NASA praktisch erprobt wurde (eine modifizierte OV-10 Bronco). Die Abbildung unten zeigt ein visionäres Konzept für ein senkrechtstartfähiges Fluggerät, welches einen sogenannten Hybriden Rotor (Zylinder + Zykloidalpropeller) zur Auftriebs- und Schuberzeugung verwendet.

Konzept ein Rotorflugzeugs von D. Gombert