Modell AVIATOR High-Light F5J Electra von Mibo (Vorschau)

spezial | Wasserflug | Grundlagenserie | Teil 43
Mit steigender Geschwindigkeit entwickelt sich dabei eine
besonders ungünstige Verteilung, die dazu führt, dass der
Rumpf gleichsam immer einen Wasserberg hinauffahren
muss. Es wird überproportional viel Antriebsleistung benötigt
– dargestellt in Abbildung 4.
Abbildung 6: Eine Abrisskante verringert die
Kontaktfläche im Gleiten
Wird nun jedoch die Geschwindigkeit noch weiter gesteigert,
wird es für das Wasser schwer, schnell genug dem
Rumpf auszuweichen. Die Bugwelle drückt sich dann
gleichsam unter den Rumpf und hebt ihn plötzlich aus
dem Wasser heraus. Nun wird aber kaum noch eine
Bugwelle erzeugt und die Widerstandverhältnisse ändern
sich schlagartig hin zu sehr viel kleineren Werten. Der
Rumpf beginnt zu gleiten, das heißt, nicht der Verdrängungsauftrieb
hält ihn nunmehr über Wasser, sondern
eben der Trägheitseffekt des Wassers. Man kann diesen
Vorgang des Einholens der eigenen Bugwelle ähnlich be ­
greifen, wie das Überschreiten der Schallgeschwindigkeit.
Nur ist die Phasengeschwindigkeit von Wasserwellen we ­
sentlich geringer als die des Schalls. Die Grenze wird also
schon bei sehr geringen Geschwindigkeiten von einigen
Kilometern pro Stunde erreicht – vergleiche Abbildung 5.
Abbildung 4: Eine ungünstige
Struktur von Bugund
Heckwelle führt zu
einer überproportional
hohen Antriebsleistung
festsaugt. Diese abwärts gerichtete Kraft muss nun neben
der Gewichtskraft zusätzlich aufgebracht werden. Wird die
Kontaktfläche jetzt nicht beispielsweise durch Wellen
unterbrochen, kann teilweise ein Start völlig verhindert
werden. Die ersten manntragenden Muster hatten genau
dieses Problem. Bei ruhiger Wasseroberfläche war ein Start
kaum möglich.
Abhilfe
Der Trick zur Vermeidung des Problems ist indes sehr einfach.
Da im Gleitzustand die Fläche, die nötig ist, um das
Flugzeug aus dem Wasser zu heben, wesentlich kleiner
sein muss, als die gesamte Unterseite des Rumpfs, fügt
man eine Abrisskante ein, wie in Abbildung 6 dargestellt.
Da das Wasser nicht in der Lage ist, eine scharfe Kante zu
umströmen – dazu müsste es eine extrem hohe Geschwindigkeit
erreichen und dazu ist nicht genügend Druckenergie
im Medium vorhanden – löst sich die Strömung an der
Kante von der Fläche ab. Die effektive Kontaktfläche ist
nun deutlich kleiner geworden. Jetzt ist nur noch eine ge ­
ringe zusätzliche Kraft nötig, um das Flugzeug vom Wasser
wegzubringen.
Die übliche Startgeschwindigkeit eines Wasserflugzeugs ist
wesentlich höher, sodass bei der Konstruktion der Rumpfform
keine Verdrängerform, sondern die eines Gleiterrumpfs
zu verwenden ist. Natürlich muss dabei der gesamte Rumpf
so viel Auftrieb liefern, wie es dem Gewicht des Modells
entspricht. In den Anfängen des Wasserflugs hatte man
der genauen Formgebung noch wenig Beachtung geschenkt.
Die ersten Muster waren gleichsam Schiffsrümp fe mit
Tragflächen. Doch zeigte sich sehr schnell ein Pro blem. Da
selbst im Gleitzustand ein Rumpf mit stetig geformter
Unterseite noch immer eine sehr große Kontakt fläche mit
dem Wasser hat, hat der Bernoulli-Effekt sehr negative
Folgen. Bewegt man ein fluides Medium an einer Fläche
vorbei, so entsteht aus Gründen der Energieer hal tung ein
Druck auf der Fläche, der geringer ist als derjenige, der herrschen
würde, wenn die Strömungsgeschwindigkeit Null
wäre. Beim Wasserflug zeug hat das zur Folge, dass sich
die Rumpfunterseite gleichsam an der Wasseroberfläche
Abbildung 5:
Wellenstruktur eines
Gleiterrumpfs
Doch wo ist diese Abrisskante – die sogenannte Stufe – zu
positionieren? Da nur der Teil der Rumpfunterseite den dy namischen
Auftrieb im Wasser erzeugt, muss als Grundanforderung
gelten, dass die Fläche mindestens so groß ist,
dass sie bei der aerodynamischen Mindestgeschwindigkeit,
bei der die Tragfläche als solche zu arbeiten beginnt, ausreichend
dynamischen Auftrieb erzeugt, um den Rumpf im
Gleiten zu halten. Sie sollte jedoch im Gegenzug so klein wie
möglich gehalten werden, um den Effekt des Festsau gens zu
minimieren. Dies läuft auf einen Kompromiss hinaus, der
stark von der Masse des Modells und der Trag fähigkeit seiner
Tragfläche abhängt. Je leichter das Modell gebaut ist, desto
kleiner kann die Gleitfläche vor der Stufe sein und umso leichter
ist es, das Flugzeug auch von der Wasseroberfläche zu
lösen. Bei den üblichen Konstruk tionen endet die Stufe oft in
der Nähe des ersten Drittels des Rumpfs. Einen gewissen
Einfluss hat zudem der Nei gungswinkel, unter dem der
Rumpf angestellt ist. Er sollte idealer Weise gerade so groß
sein, dass der Anstellwinkel der Tragflächen nicht dazu führt,
dass der Maximalauftrieb überschritten wird. Um dies zu
gewährleisten, befindet sich die Stufe in der Regel nahe des
Schwerpunkts des Modells. Der optimale Bereich lässt sich
dabei nur mit großem Aufwand berechnen. Erfolg versprechender
ist es, sich dem Optimum experimentell zu nähern.
Hat man die Stufe zu weit vorverlegt, lässt sie sich meistens
nach hinten verlängern. Der umgekehrte Fall wäre dagegen
konstruktiv schon sehr viel aufwändiger.
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