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Der Pfeilflügel: Eine zukunftsweisende Idee Adolf Busemanns



Die Entdeckung des Pfeilflügel-Prinzips ist ein Meilenstein in der Geschichte des modernen Flugzeugbaus. Heute verfügen alle schnellfliegenden Jets -  Kampfflugzeuge, Passagierflugzeuge  wie auch zahlreiche Business-Jets - über den charakteristischen Pfeilflügel, der vermutlich erstmals bei der legendären Boeing 707, dem ersten weltweit erfolgreichen Düsenverkehrsflugzeug, auch einer breiten Öffentlichkeit bewusst wurde. An diesem Konstruktionsmerkmal hat sich bis heute nichts Wesentliches geändert, auch das derzeit weltweit größte Passagierflugzeug, der Airbus A380, verfügt selbstverständlich über jene Pfeilflügel, die seit Jahrzehnten nunmehr für ein zukunftsweisendes Tragflügeldesign stehen. 

 Adolf Busemann
zum Bild Adolf Busemann

1935 hatte der bis dahin auch in der Fachwelt noch weithin unbekannte Aerodynamiker Adolf Busemann auf dem 5. Volta-Kongress in Rom diese bahnbrechende Idee erstmals vorgetragen. Er publizierte dieses Konzept vor einem erlesenen Zuhörerkreis, darunter Persönlichkeiten, deren Namen heute mit der Entwicklung der Luftfahrt untrennbar verbunden sind. Zu ihnen gehörten unter anderen die heute international bekannten Strömungsforscher Ludwig Prandtl, Theodore von Kármán und Jakob Ackeret. Ziel von Busemanns Überlegungen war es, den durch lokale Überschallfelder an den Tragflügeln verursachten starken Strömungswiderstandsanstieg bei hohen Unterschall-Machzahlen zu reduzieren bzw. zu höheren Machzahlen hin zu verschieben und damit höhere Fluggeschwindigkeiten bei zugleich niedrigerem Treibstoffverbrauch zu ermöglichen.

Adolf Busemann hatte seine wissenschaftliche Ausbildung an der Technischen Hochschule in Braunschweig erhalten. Hier promovierte er auch auf dem Gebiet der Mechanik über Drehschwingungen von Stäben. 1925 wechselte er nach Göttingen zum Kaiser-Wilhelm-Institut für Strömungsforschung (später Aerodynamische Versuchsanstalt Göttingen, jetzt DLR) und arbeitete dort auf dem Gebiet der Hochgeschwindigkeits-Aerodynamik. 1930 habilitierte er sich an der Göttinger Universität. Ein Jahr später folgte er einem Ruf an die Technische Hochschule Dresden. In dieser Zeit entwickelte er sein grundlegendes theoretisches Konzept zur Pfeilung von Flügeln im Hochgeschwindigkeitsflug.

1936 übernahm Busemann die Leitung des Instituts für Gasdynamik in der neu geschaffenen Luftfahrtforschungsanstalt LFA in Braunschweig-Völkenrode.

Die experimentelle Bestätigung der Busemannschen Theorie erfolgte 1939 durch Messungen im gerade fertiggestellten Hochgeschwindigkeits-Windkanal der Aerodynamischen Versuchsanstalt Göttingen. In umfangreichen Untersuchungen an kleinen Flügel-Modellen mit verschiedenen Pfeilwinkeln, aber gleich bleibender Profilierung, konnte Hubert Ludwieg bei Machzahlen von 0.5 bis 1.21 die Überlegenheit des Pfeilflügels nachweisen.

Weitere Untersuchungen in den wesentlich größeren Hochgeschwindigkeits-Windkanälen der DVL durch Bernhard Göthert und der LFA mit Modellen von ca. 1,2 Meter Spannweite bis zu Reynoldszahlen von 2.6 Millionen bestätigten die Göttinger Ergebnisse. Bereits 1939 erhielt Busemann ein Patent auf seine Erfindung, das aber nicht veröffentlicht wurde. In der Folge wurden in den deutschen Hochgeschwindigkeits-Windkanälen eine Vielzahl von Untersuchungen zur Profilierung und Auslegung von Hochgeschwindigkeitsflügeln durchgeführt, sodass bis 1944 die wichtigsten Erkenntnisse zum Entwurf transsonischer Pfeilflügel vorlagen. Dazu zählen die typischen Merkmale überkritischer Tragflügelprofile sowie die Querschnittsflächenregel für transsonische Geschwindigkeiten.

 Flattermodell der Ju 287 (1944)
zum Bild Flattermodell der Ju 287 (1944)

Bereits ab 1943 gab es bei allen namhaften deutschen Flugzeugherstellern wie beispielsweise Junkers, Messerschmitt, Heinckel oder Arado Entwürfe, die auf den Busemannschen Erkenntnissen basierten. Von der internationalen Fachwelt wurde der außerordentliche, geradezu strategische Wert der Pfeilflügel-Theorie erstaunlicherweise zunächst nicht erkannt. Für die alliierten Spezialisten war es daher eine große Überraschung, als sie nach dem Krieg die Ergebnisse der Messreihen vorfanden.

Mehrere alliierte Luftfahrt-Projekte wurden gestoppt und unter Einbeziehung der Busemannschen Theorie sowie der Erkenntnisse aus den darauf folgenden Windkanal-Experimenten erneut gestartet. Exemplarisch zu nennen ist dabei das US-Projekt eines strahlgetriebenen Fernbombers von Boeing, der in seiner ersten Auslegung noch über ein konventionelles Tragwerk verfügte. Nachdem eine Wissenschaftlerdelegation, darunter der damals bereits international bekannte Theodore von Kármán, die Luftfahrtforschungsanstalt Völkenrode/Braunschweig besucht und Kontakt mit den dortigen Wissenschaftlern, darunter Prof. Adolf Busemann, aufgenommen hatte, erkannte der ebenfalls teilnehmende Boeing-Entwicklungsingenieur Schairer spontan die volle Tragweite des deutschen Pfeilflügelkonzeptes. Er wies in einem Eilschreiben an seine Firma auf die Brisanz dieses zukunftsweisenden Entwurfs hin und erreichte somit letztlich eine Neuauslegung der Tragflügel unter Berücksichtigung des Pfeilflügelprinzips für die später unter dem Kürzel B 47 bekannt gewordene Boeing.

Stellt der nach hinten gepfeilte Tragflügel bis heute die sozusagen normative Form des Pfeilflügels dar, so sollte auch noch die gegenläufige Auslegung, der nach vorn gepfeilte Tragflügel ("negative Pfeilung") erwähnt werden. In den vierziger Jahren gelangte das Prinzip erstmals bei dem Projekt Junkers 287 zur Anwendung, von diesem Muster wurden allerdings  nur mehr zwei Prototypen gebaut. In den sechziger Jahren indes gelangte die negative Flügelpfeilung erstmals auch in den zivilen Flugzeugbau, das kleine deutsche Geschäftsreiseflugzeug Hansa HFB 320 "Hansa Jet" verfügte über eben diese charakteristische Tragflügelgestaltung. Ein solches Flugzeug wurde bei der damaligen DFVLR zum Forschungsflugzeug umgerüstet und für vielfältige wissenschaftliche Aufgabenstellungen lange Jahre erfolgreich genutzt.

Professor Adolf Busemann schließlich ging nach dem Kriegsende 1946 zum Royal Aircraft Establishment (RAE) nach England und ein Jahr später zum Langley Research Center der NASA. 1963 erhielt er einen Ruf an die University of Colorado in Boulder.  Er erhielt zahlreiche Ehrungen. 1986 starb er in Boulder.

Bis heute ist sein Konzept des Pfeilflügels ein unübersehbares und unverzichtbares Merkmal jedes modernen schnellfliegenden Flugzeuges.


 


Created: 11/04/2007 10:00:00