Segelflug

Der Segelflug ist das motorlose Fliegen mit Segelflugzeugen, Motorseglern und Gleitflugzeugen, wobei auch der kraftsparende Gleitflug von z. B. Greifvögeln und Albatrossen als Segeln bezeichnet wird. Bei dieser Art des Fliegens werden Aufwinde ausgenutzt, deren Energie in Höhe und/oder Fluggeschwindigkeit umgesetzt wird. Die für den Segelflug eingesetzten Flugzeuge sind mit großer Streckung und einer aerodynamisch günstigen Form für ein möglichst großes Gleitverhältnis ausgelegt.

Geschichte

Schon Otto Lilienthal gelang es um 1895 bei seinen Gleitflugversuchen, den Hangaufwind zur Verlängerung der Flugstrecke zu nutzen. Bei starkem Wind konnte er sogar Höhengewinne erreichen und für einige Zeit über seinem Abflugpunkt schweben. Zeitgleich führte auch Alois Wolfmüller, weitgehend von der Öffentlichkeit unbemerkt, erste Flugversuche am Lechhang bei Landsberg durch. Im Jahr 1911 gelang Orville Wright ein vortriebsloser Schwebeflug von nahezu zehn Minuten im stabilen Hangaufwind der Atlantikküste.

Mit der rasanten Entwicklung von Ottomotoren mit hoher Leistung und geringem Gewicht gelang der motorisierte Flug, und der Segelflug geriet zunächst in Vergessenheit, bis der Versailler Vertrag in Deutschland den Motorflug verbot. „Die Sieger des Weltkriegs hatten den Besiegten den Himmel gesperrt“. Zahlreiche Flugbegeisterte, zum Teil die Piloten des Ersten Weltkriegs, aber auch einfach nur Fluginteressierte, vom Jugendlichen bis zum reichen Erben, versammelten sich seit 1919 auf der Wasserkuppe in der Rhön, um hier den motorlosen Flug zu untersuchen und in der Praxis auszuprobieren. Hier erprobten sie völlig unterschiedliche Konzepte von Segelflugapparaten, Starttechniken und Auftriebsnutzungen. „So entstand aus bitterer Not und echtem Lutherstolz der deutsche Segelflug“ (Chronist Peter Supf). Besonders ein Entwickler und Pilot der ersten Stunde, Alexander Lippisch, gelangte durch seine Nurflügelkonstruktionen später zu Weltruhm.

Der Start

Jedes Segelflugzeug muss beim Start zuerst mit fremder energetischer Hilfe auf eine gewisse Ausgangshöhe gebracht werden, bevor es selbständig weiterfliegen kann, sofern es nicht über einen anderen Antrieb (Selbststarter) verfügt, die in den letzten Jahren immer häufiger wurden. Dazu wird es meistens von einem Motorflugzeug oder von einer Seilwinde geschleppt. In den USA wird sehr selten noch mit Auto geschleppt. In den Anfängen des Segelflugs waren die Flugzeuge unten offen und der Pilot musste durch Anlaufen an einem Hang starten.

Früher bei Hochleistungssegelflugzeugen, heute nur noch bei Gleitflugzeugen werden auch Gummiseile verwendet, die durch zwei Gruppen in V-Form ausgezogen und somit auf Spannung gebracht werden. Das Flugzeug wird mit einem Erdanker im Boden befestigt und bei genügend Spannung per Kupplung gelöst. Der Gummiseilstart wird meist am Hang eingesetzt, da die erreichbaren Ausklinkhöhen von 10 bis 30 m (zunächst) nur für den Hangflug genügen. Aufgrund der nur selten gegebenen guten geografischen Bedingungen wird diese Startart auch heute noch beinahe ausschließlich an bekannten Orten, wie z. B. auf der Wasserkuppe, durchgeführt.

Moderne Seilwinden bringen ein Segelflugzeug beim Start auf eine Höhe, die in etwa der halben Schleppseillänge entspricht (auf den meisten Flugplätzen sind das Ausklinkhöhen zwischen 300 m und 600 m), wobei hierbei entweder Stahl- oder Kunststoffseile verwendet werden. Die derzeit maximale Höhe wurde bei einem Sonderprojekt mit 1500 Metern erreicht, wobei eine Seillänge von ca. drei Kilometern vorhanden war. In der Regel beträgt die Länge der Schleppstrecken jedoch nur zwischen 800 Metern und 1500 Metern. Nach dem Ausklinken des Schleppseils kann das Segelflugzeug ohne weiteren Antrieb im Gleitflug weiterfliegen.

Beim Flugzeugschlepp oder abgekürzt „F-Schlepp“ wird das Segelflugzeug von einem Motorflugzeug, einem Motorsegler oder einem Ultraleichtflugzeug in die Höhe gezogen. Der Flugzeugschlepp hat gegenüber dem Windenschlepp einige Vorteile: Während beim Windenschlepp die Schlepphöhe durch die Seillänge begrenzt ist und der Ausklinkort durch den Standort der Winde festgelegt ist, kann im Flugzeugschlepp beides frei gewählt werden. Falls nötig kann dann schon einmal in eine thermisch bessere Gegend geschleppt werden. Es gibt auch Plätze, die so liegen, dass von der Winde kaum thermisch Anschluss gefunden werden kann. Von solchen Plätzen sind längere Flüge grundsätzlich nur mit Flugzeugschlepp zu realisieren. Schließlich braucht ein Flugzeugschlepp auch deutlich weniger Helfer am Boden, im Extremfall kann er auch ganz ohne Helfer (außer dem Schlepppiloten) erfolgen. Nachteilig sind die höheren Kosten gegenüber dem Windenschlepp.

Die verwendeten Schleppseile bestehen aus Kunststoff- oder Hanffasern. Am Seilende zum Segelflugzeug befindet sich eine Sollbruchstelle mit einem Ringpaar, dessen kleinerer/letzter Ring in eine Schleppkupplung im Nasenbereich des Seglers eingehängt wird. Das Schleppflugzeug hat im (oft verstärkten) Rumpfheck entweder ebenfalls eine Kupplung oder eine Trommel mit Elektromotor zum Einziehen des Seils nach dem Ausklinken, so dass der Sinkflug ohne ein hinten schlingerndes Seil von 40 oder 60 Metern Länge durchgeführt werden kann. Verfügt das Schleppflugzeug nicht über eine Einziehwinde, so wird das Seil vor der Landung vom Motorflugzeug an einer vorbestimmten Stelle des Fluggeländes im niedrigen Überflug abgeworfen, um zu verhindern, dass sich das Seil bei der Landung in einem Hindernis verfängt.

Der Flugzeugschleppstart ist weniger „sportlich“ als ein Windenstart. Ein mitfliegender Gast wird diesen aber als angenehmer empfinden. Während des Schlepps fliegt der Pilot des Segelflugzeugs dem Motorflugzeug exakt hinterher. Dies erfordert von beiden Piloten Disziplin und Präzision. Beim Erreichen der gewünschten Schlepphöhe klinkt der Pilot des Segelflugzeugs das Schleppseil aus. Schleppflugzeug und Segelflieger fliegen anschließend entgegengesetzte Kurven (in Europa üblicherweise Schleppflugzeug linksherum, Segelflieger rechtsherum), um eine Kollision mit dem Seil oder dem anderen Flugzeug sicher auszuschließen. Gleichzeitig beginnt das Schleppflugzeug seinen Abstieg zur Landung. Der F-Schlepp ist für Thermik- oder Strecken- und Kunstflüge ideal, da das Segelflugzeug direkt in einen Aufwind geschleppt werden kann bzw. durch den Schlepp ausreichend Höhe für den Kunstflug erreichen kann.

In manchen Segelflugzeugen ist ein Motor mit Propeller ausklappbar im Rumpf eingebaut (Klapptriebwerk), rechtlich sind sie jedoch seit dem Jahr 2002 keine Motorsegler mehr, auch wenn sie das Kennzeichen eines Motorseglers (D-K…) tragen. Sie dürfen mit einer normalen Segelfluglizenz geflogen werden, sofern aufgrund der Zulassung des Segelflugzeuges der Eigenstart nicht zulässig ist. Die Motoren solcher Segelflugzeuge werden als Hilfsmotoren oder „Turbo“-Triebwerke bezeichnet. Sie dienen dazu, im Flug zugeschaltet zu werden, wenn die Reichweite des Segelfluges vergrößert werden soll, um z. B. noch einen Flugplatz zu erreichen, der in reinem Segelflug nicht mehr erreichbar gewesen wäre (Außenlandung vermeiden). Bei motorisierten Segelflugzeugen, die den Eigenstart zulassen (ausreichende Motorisierung und entsprechende Zulassung), muss der Pilot die Startart Eigenstart im Luftfahrerschein eingetragen haben. Zum Start wird der Propeller ausgefahren und der Motor gestartet. Durch den Vorschub wird das Flugzeug immer schneller, kann abheben und steigen. Wenn die gewünschte Höhe erreicht ist, wird der Motor abgestellt und eingefahren. Das Segelflugzeug befindet sich dann wie jedes nicht motorisierte Segelflugzeug in reinem Segelflug.

Gleitflug und Aerodynamik Grundlagen

Segelfliegen bedeutet, ein Flugzeug ohne einen Motor in einem Gleitflug zu bewegen. Dieser motorlose Flug unterscheidet sich hinsichtlich der Steuerung prinzipiell nicht von dem anderer Luftfahrzeuge. Jedes Flugzeug mit Flügelflächen kann gleiten. Dies bedeutet, dass die aus Eigengewicht und der Ausgangshöhe resultierende potentielle Energie des Flugzeugs für den Vortrieb genutzt wird. Je nach vorhandener Höhe, Fluggewicht und aerodynamischer Qualität des Flugzeugs kann man unterschiedlich weit fliegen.

Beim Gleitflug sinkt das Flugzeug je nach Bauart und Geschwindigkeit mit etwa 0,5 bis 2 m pro Sekunde. Bei großem „Saufen“ (fliegerdeutsch für „starkes Sinken“ der das Segelflugzeug umgebenden Luftmasse) oder bei sehr schnellem Flug kann das Segelflugzeug auch mit 5 bis 10 m pro Sekunde sinken. Durch Nutzung natürlicher Energiequellen wie Thermik, Hangwind oder Leewellen kann das Segelflugzeug wieder an Höhe gewinnen (bei engen Aufwinden im sogenannten „Kurbeln“, bei günstigen Aufwindaufreihungen aber auch im Geradeausflug). Dieser Höhengewinn ermöglicht dem Segelflieger, längere Zeit in der Luft zu bleiben und im Gleitflug einen weiteren Aufwind zu erreichen. Bei entsprechender Wetterlage sind damit Flüge von mehreren Stunden Dauer und Streckenflüge von über 1000 km möglich.

Das Verhältnis zwischen zurückgelegter Distanz und verlorener Höhe (oder von Horizontalgeschwindigkeit und Sinkgeschwindigkeit) wird als Gleitzahl bezeichnet und entspricht dem Kehrwert des Tangens des Gleitwinkels. Wird eine Flugbahn steiler, erhöht sich die Geschwindigkeit. Bei modernen Segelflugzeugen, die eine sehr gute Gleitzahl aufweisen, füllen Wettbewerbspiloten Tanks in den Tragflächen mit Wasser, um das Flugzeug schwerer zu machen. Damit besitzt das Flugzeug mit der Flughöhe mehr potentielle Energie, die in kinetische Energie umgesetzt werden kann. In der Praxis bedeutet dies, dass das Flugzeug in der Thermik zwar langsamer steigt, dafür aber bei gleichem Gleitwinkel wesentlich schneller fliegt. Bei guten thermischen Bedingungen wird so unter dem Strich eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit erzielt, wodurch im verfügbaren Zeitfenster eine größere Strecke zurückgelegt werden kann. Wenn die Thermik gegen Abend schwächer wird, in jedem Fall aber vor der Landung, wird das Wasser abgelassen.

Da im motorlosen Gleitflug jede Störung des Luftstroms um die Tragflächen zu schlechteren Flugleistungen führen kann, wird insbesondere von Wettbewerbspiloten großer Wert auf eine möglichst glatte Oberfläche gelegt. Der Lack des Flugzeuges wird daher regelmäßig ausgebessert und poliert, und nach jedem Flugtag von Verschmutzungen und toten Insekten befreit. Letzteres kann mit Hilfe von Mückenputzern sogar während des Fluges geschehen.

Im Motorflug, auch beim Motorsegler, dient die Zuführung von Kraft durch ein Triebwerk dazu, den mit dem Gleitflug verbundenen Höhenverlust auszugleichen. Zu jeder Konfiguration und Fluglage gehört nur eine Geschwindigkeit, in der Auftrieb und Gewichtskraft sich gegenseitig ausgleichen (stationärer Flugzustand). Daran ändert auch ein Triebwerk nichts. Wird in einer Konfiguration und Fluglage mehr Kraft (Vortrieb) zugeführt, als durch Widerstand verloren gehen, beginnt das Flugzeug zu steigen.

Ein Segelflugzeug kann dann Höhe gewinnen, wenn es gelingt, in einer Luftmasse zu fliegen, die schneller aufsteigt als das Flugzeug absinkt. Bildlich entspricht dies etwa der Situation, wenn man auf einer aufwärts bewegten Rolltreppe langsam abwärts geht. Gleiches kann man beim Kreisflug von Greifvögeln oder Störchen beobachten. Höhe gewinnen bedeutet, sich kreisend in einem Thermikschlauch („Bart“) möglichst nahe dem Zentrum aufsteigender Luft zu bewegen, oder alternativ in aufsteigenden Luftmassen wie Leewellen oder Hangwinden zu fliegen. Das Fliegen mit Wasserballast (oder generell mit erhöhtem Abfluggewicht) führt meist zu schlechterem Steigen. Dies erklärt sich vor allem dadurch, dass aufgrund der höheren Flächenbelastung sich die Minimalgeschwindigkeit und damit auch der Kreisradius erhöht, wodurch beim Kreisflug der Flugweg nicht mehr optimal ins Zentrum der Thermik verlegt werden kann. Auch fühlt der Pilot bei beladenem Flugzeug die Aufwindverteilung sehr viel schwächer. Das vergrößerte Eigensinken spielt daneben eher eine untergeordnete Rolle. Daher wird bei schwacher Thermik ohne Zusatzballast geflogen.

Segelfliegen erfordert neben Kenntnissen der Aerodynamik auch Kenntnisse der Meteorologie und der Auswirkungen der Topologie. Da beim Segelflug über die Bedienung der grundsätzlichen Steuerelemente Höhenruder, Seitenruder und Querruder direkt auf den Flug eingewirkt wird, die Naturbedingungen gleichzeitig Auswirkungen auf die Dauer des Flugs haben und es zu vielen Vertikalbeschleunigungen und relativ steilen Kurvenlagen kommt, wird von Piloten der Segelflug als „pures Fliegen“, als Segelflugsport beschrieben.

Hangflug

Beim Fliegen im Hang-Aufwind fliegt das Segelflugzeug auf der Luv-Seite eines Berghangs in einer aufwärts gerichteten Luftströmung. Hangwind findet man zum Beispiel, wenn ein Bergrücken quer zur Windrichtung steht. Je nach Windstärke und Hangform kann bis mehrere hundert Meter über die Hangkante gestiegen werden. Hangaufwind war die erste Form des Aufwindes, welche von Segelflugzeugen genutzt wurde. Noch vor Entdeckung des Thermikfluges Mitte der 1920er Jahre wurde auf der Wasserkuppe Hangwind genutzt, um Flüge in Segelflugzeugen zeitlich über das Abgleiten der Höhendifferenz zwischen Start- und Landepunkt auszudehnen. So konnte 1922 der erste Segelflug von über einer Stunde Dauer vorgenommen werden. Am 11. Mai 1924 flog Ferdinand Schulz in seiner Eigenkonstruktion FS 3 Besenstielkiste mit 8 Stunden 42 Minuten in Rossitten eine Weltbestleistung im Dauerflug. 1954 wurde am Hang des Flugplatzes Laucha der Dauerflugrekord von 27 Stunden und 7 Minuten aufgestellt, Pilot war Kurt Götze. Mit dem „ewigen“ Lauchaer Rekord stellt Fritz Fliegauf in Laucha den letzten jemals geflogenen Dauerflugrekord von über 30 Stunden auf, später wurde der Dauersegelflug nach einschlafbedingten Abstürzen verboten. Internationale Dauerflugrekorde sind auf der Seite der Fédération Aéronautique Internationale zu finden.

Thermischer Aufwind

In thermischen Aufwinden gewinnen Segelflugzeuge kreisend Höhe bis knapp unter die Wolkenuntergrenze, welche in Mitteleuropa in Abhängigkeit von Temperatur und Luftfeuchtigkeit bei etwa 1000 bis 3000 m über Meeresspiegel liegt. In den Alpen oder anderen Regionen können die Wolkenuntergrenzen bis 5000 m oder höher steigen. Thermische Aufwinde werden als „Bart“ oder „Schlauch“ bezeichnet. Diese Aufwindzonen entstehen vor allem an besonnten Hängen von Hügeln und Bergen und in besonders starkem Ausmaß, wenn der Boden felsig oder dunkel ist, oder an Waldkanten, da dort der Wind die warme Luft vom Boden ablösen kann. Über diesen geeigneten Flächen erwärmt sich die Luft und steigt wegen der Verringerung der Dichte. Segelflugzeuge können somit üblicherweise ein bis drei Meter pro Sekunde Höhe gewinnen, besonders starke thermische Aufwinde im Gebirge oder über Wüsten erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 10 Meter pro Sekunde. Für den Segelflieger zeigen Quellwolken und manchmal kreisende Greifvögel solche Aufwindzonen an. Über Wasserflächen und Wäldern beispielsweise entsteht tagsüber kaum Thermik, da die Sonnenwärme vom Untergrund eher absorbiert wird, als dass sich die Oberfläche erwärmt. Erst in den Abendstunden finden sich hier ruhige Aufwinde, wenn diese Gebiete infolge der gespeicherten Wärme die Luft erwärmen (sogenannte Umkehrthermik). Das Variometer zeigt das Steigen beziehungsweise Sinken an und ist damit ein sehr wichtiges Fluginstrument im Segelflugzeug.

Die Pioniere des Segelflugs sind wegen der starken Aufwinde von bis zu 15 m/s in Gewitterwolken eingeflogen. Dazu nutzten sie teilweise komplette Holzhauben, um sich gegen Hagel zu schützen. Die enormen Kräfte der turbulenten Auf- und Abwinde konnten im schlimmsten Fall das Flugzeug in der Wolke zerstören. Konnte sich ein Pilot in einer solchen Situation mit dem Fallschirm aus dem Flugzeug retten, drohten ihm neben Hagel und Kälte noch das Aufsteigen des Fallschirms bis in für den Menschen tödliche Höhen. Darum fliegt heute kaum jemand freiwillig in eine Gewitterwolke ein und selbst große, moderne Jets umfliegen sie, wenn das möglich ist.

Wellenflug

Leewellen entstehen bei besonderen Starkwind-Wetterlagen auf der windabgewandten Seite eines Hindernisses. Segelflieger erkennen diese Wetterlagen häufig an den charakteristischen Lenticulariswolken. Sie erreichen in diesen Windsystemen Flughöhen von etwa 3000 bis 8000 m, manchmal auch mehr als 10.000 m über dem Boden. Der Weltrekord von über 15.000 m wurde so in den Anden von Steve Fossett und Einar Enevoldson erreicht. Für solche Flüge benötigt man ab circa 4000 m Sauerstoff, ab circa 7000 m einen Druckanzug sowie Kleidung, die gegen die extreme Kälte schützt. Die Null-Grad-Grenze liegt selbst im Hochsommer um 3000–4000 m, in 10.000 m herrschen Temperaturen um minus 50 °C. Druckkabinen oder Kabinenheizungen sind bei Segelflugzeugen aus Gewichtsgründen nicht möglich.

Landung

Ein Segelflugzeug setzt mit Energieüberschuss (Höhenreserve und erhöhte Geschwindigkeit) zur Landung an – der Pilot tastet sich sozusagen von oben an die Landung heran. Die überschüssige Energie wird dann mit Hilfe der Bremsklappen (Luftbremse), durch einen Seitengleitflug (sogenannter "Slip") oder auch mit Hilfe eines Bremsschirmes in Reibungsenergie umgewandelt. Aufgrund dieser Energieumwandlung ist es möglich, dass Segelflugzeuge sehr präzise am gewünschten Landepunkt aufsetzen. Der Pilot kann zwar nicht durchstarten, hat aber genügend Reserve, um auch einem kurzfristig auftauchenden Hindernis ausweichen zu können. Die leicht erhöhte Geschwindigkeit (zum Vergleich: normaler Thermikflug: 80 km/h, Landung: 90–110 km/h) ist ein Sicherheitsaspekt, der bei Böen oder Luftwirbeln im Landeanflug als Sicherheitsreserve die Steuerbarkeit gewährleistet. Die Landung ist generell der schwierigste Teil des Fluges, bei dem höchste Konzentration vom Piloten gefordert wird.

Wenn der Pilot sich auf einem Streckenflug befindet und keine Höhenreserven mehr hat (etwa weil die Thermik gegen Abend nachgelassen hat), sucht er sich ein geeignetes Landefeld. Meist wählt er dazu eines der zahlreichen Segelfluggelände aus, von dem er nach Hause fliegen (Flugzeugschlepp) oder fahren (Flugzeug im Anhänger) kann. Ist kein Flugplatz mehr erreichbar, so muss er das Segelflugzeug auf einem Acker oder einer Wiese landen (Außenlandung).

(Quelle Wikipedia)