Fluglehre: Vorträge über Theorie und Berechnung der Flugzeuge in Elementarer Darstellung

332 Pages·1926·14.865 MB·German

by  Dr. Richard von Mises (auth.)

FLUGLEHRE
VORTRÄGE ÜBER
THEORIE UND BERECHNUNG DER FLUGZEUGE
IN ELEMENTARER DARSTELLUNG
VON
DR. RICHARD VON l\tlISES
PROFESSOR AN DER UNIVERSITÄT BERLIN
DRITTE, STARK ERWEITERTE AUFLAGE
MIT 192 TEXTABBILDUNGEN
Springer-Verlag Berlin Heide1berg GmbH
1926
ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER ÜBERSETZUNG
IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN,
Copyright 1926 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1926.
Softcover reprint of the hardcover 3rd edition 1926
ISBN 978-3-662-35890-0 ISBN 978-3-662-36720-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-36720-9
Vorwort.
Das kleine Buch, das hier zum dritten Male vor die Öffent
lichkeit tritt - nachdem vorher während des Krieges drei be
schränkte Auflagen erschienen sind - ist aus Vorträgen hervor
gegangen, die ich erstmals zu Ostern 1913 vor deutschen Flieger
offizieren in Berlin, dann im Februar 1916 in einem Kurs zur
Heranbildung technischer Offiziere der k. u. k. Luftfahrtruppen
gehalten habe. Unter mehrfacher Umarbeitung und mit verschie
denen Ergänzungen habe ich den Gegenstand in der Art dieses
Buches in akademischen Vorlesungen, die sich nicht nur an
engere Fachkreise wandten, wiederholt behandelt, an der Uni
versität Straßburg 1913, an der Technischen Hochschule Dres
den 1919 und an der Universität Berlin 1922 und 1925.
Die Ausführungen des Buches sind für Leser bestimmt,
die, ohne in den einschlägigen Fragen über mehr als gute Schul
bildung zu verfügen, aus Beruf oder Neigung die mechanischen
Grundlagen kennenzulernen wünschen, auf denen unser heu
tiges Flugwesen beruht. Es sind daher alle überlegungen und
Untersuchungen fortgeblieben, zu denen höhere mathematische
Hilfsmittel erforderlich wären; auch sonst ist an Vorkenntnissen
nicht mehr vorausgesetzt, als was an höheren Schulen (in Öster
reich: Mittelschulen) gelehrt zu werden pflegt. Doch mag viel
leicht das Buch auch dem Ingenieur, der sich der Flugtechnik
erst zuwenden will, als erste Einführung dienen, dem Flieger
oder dem im Flugdienst tätigen Praktiker als theoretische Er
gänzung zu selbstgewonnenen Anschauungen und Erfahrungen.
Es besteht kein Zweifel darüber, daß bei der Beschränkung
auf die elementarsten Hilfsmittel vieles unvollkommen oder
überhaupt nicht zur Darstellung kommen kann, was heute schon
zu den gesicherten Ergebnissen der Flugwissenschaft gehört.
IV Vorwort.
Die Erfahrung scheint aber zu zeigen, daß ein Bedürfnis nach
einem weiteren Kreisen verständlichen Buche besteht, und nur
von diesem Standpunkt bitte ich das in folgendem Gebotene
zu beurteilen. Übrigens war ich bei allen Fragen bemüht, immer
die wesentliche Seite der mechanischen Erscheinung in den
V ordergrund treten zu lassen und begriffliche Schwierigkeiten,
die in der Natur der Sache liegen, nicht zu umgehen.
Die vorliegende dritte Auflage ist der zweiten gegenüber
stark vermehrt. Neu aufgenommen wurde vor allem ein Kapitel
über den motorlosen Flug, der in letzter Zeit so viel Interesse
gefunden hat, und ein Abschnitt über die Berechnung der Gipfel
höhe und der Steigzeit. Etwas näher als früher ist auf die ver
schiedenen Ausführungsformen und Bauarten der Flugzeuge und
Motoren eingegangen worden und schließlich sind eine Reihe von
Bemerkungen über den Luftverkehr und die wirtschaftliche Ver
wendung der Flugzeuge hinzugefügt. In diesen beiden Punkten
noch weiter zu gehen, schien mir nicht gut möglich, ohne den
ganzen Charakter des Buches zu verändern.
Bei der Korrektur durfte ich mich der bewährten Hilfe
meines Freundes Dr. J. Ratzersdorfer in Breslau erfreuen. Die
neuen Zeichnungen hat nach meinen Skizzen Dr. J. Malkin
ausgeführt. Ihnen und Fräulein Hilde Karselt, die ebenfalls
eine Korrektur gelesen und das Register zusammengestellt hat,
danke ich auch an dieser Stelle aufs beste.
Berlin, im Oktober 1926.
R. v. Mises.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Einleitung. Geschichtlicher überblick . • . . . • . . 1
I. Allgemeines über Luftkräfte. Luftwiderstand 7
1. Luftdruck . . . . . . . . . . • . . . . . . . . 7
2. Raumgewicht der Luft und Luftdichte. Höhenmessung 10
3. Bewegte Luft, Staudruck . . . . . . . . . . . . 16
4. Formeln für den Luftwiderstand, schädliche Fläche 21
5. Luftwiderstand verschiedener Körper . 26
6. Luftwiderstand und andere Luftkräfte . . . . . . 34
11. Die Tragfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
7. Wirkungsweise der Tragfläche. Auftrieb und Rücktrieb 41
8. Abhängigkeit des Auftriebes A und des Rücktriebes R vom
Anstellwinkel a. . . . . . . . . . . . . . . . 45
9. Querschnitt und Grundriß der Tragflügel . . . . 49
10. Druckverteilung. Einfluß des Seitenverhältnisses 56
11. Aufbau der Tragflächen. . . . . . . . . . . . 63
12. Berechnung der Geschwindigkeit und der erforderlichen
Zugkraft bei gegebenem Anstellwinkel . . . . . 70
III. Der motorlose Flug. . . . . . . . . . . . . . 73
13. Fliegen aus eigener Kraft und Ahnlichkeitsgesetz 73
14. Statischer und dynamischer Segelflug 81
15. Einige Segelflugzeuge und ihre Leistungen . . . 92
IV. Die Luftschraube. . . . . . . . . . . . . . . 97
16. Gestalt und Wirkungsweise eines Luftschraubenelements 97
17. Herstellung und Prüfung der Luftschrauben . . . .. 104
18. Zugkraft und Widerstandskraftmoment der Luftschraube. 108
19. Leistung, Wirkungsgrad und Schlüpfung einer Luftschraube 114
20. Zusammenwirken der Luftschraubenelemente 120
V. Der Motor. . . . . . . . . . . . . 125
21. Wirkungsweise des Motors 125
22. Zylinderinhalt, Mitteldruck, Leistung und Drehmoment 130
23. Die Bremslinie eines Motors. Höhenmotoren 135
24. Aufbau und Anordnung der Motoren. 144
25. Einzelteile der Motoren . . . . . . . . . . 153
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
VI. Zusammenwirken von Tragfläche, Luftschraube und
Motor. . . . . . . . . . . . . . . . 164
26. Luftschraube und Motor . . . . . . . .. ..... 164
27. Tragfläche, Luftschraube und Motor. . .. ..... 170
28. Steig- und Sinkbewegung. Umkehrung der Steuerwirkung 173
29. Höhenflug ............. . . . 179
30. Einfluß der Belastung, Propellerauswahl . . . 185
31. Steiggeschwindigkeit, Gipfelhöhe und Steigzeit 189
32. Berechnungen beim Entwurf eines Flugzeuges 201
VII. Über Steuerung, Stabilität und Stabilisierung 210
33. Allgemeine Übersicht . . . . . . . . . . . . . 210
34. Schwerpunkt und Druckmittel ........ 217
35. Erhaltung des Gleichgewichtes unter Einwirkung der Ruder
und Flossen. . . . . . . . . .. ........ 223
36. Die Kräfte an Rudern und Flossen, Trägheitsmoment 229
37. Betätigung der Ruder durch den Führer 237
38. Wirkungsweise der Steuerung. 241
39. Längsstabilität ... . . . . 246
40. Querstabilität. Kreiselwirkung '251
VIII. Abflug und Landung. . . . . 260
41. Fahrgestell und Sporn, Schwimmer, Flugboot 260
42. Der Abflugvorgang ...... 265
43. Motorlandung und Gleitlandung 272
44. Untersuchung der Gleitlandung 275
45. Landungsstoß . . . . . . . . . 279
IX. Fragen des Luftverkehrs 284
46. Einfluß des Windes auf die Fluggeschwindigkeit 284
47. Bestimmung des Kurses und der Flugdauer 289
48. Wirtschaftlichkeit des Flugverkehrs . . . . . 294
49. Einige neuzeitliche Verkehrsflugzeuge 303
50. Die wirtschaftliche Verwendung der Flugzeuge 310
Namen- und Sachverzeichnis ....•..... 316
Einleitung.
Geschichtlicher Überblick.
1. Bis zum ersten Motorflug. Dem Franzosen Alphonsc
Penaud glückte um das Jahr 1870 die Entdeckung, daß ein
Flugzeug, um in der Längsrichtung stabil zu sein, nur einer
geeigneten Schwanzflosse - Dämpfungsfläche - bedarf. Er
fand auch, daß die seitliche Unstabilität durch Aufbiegen oder
Aufwärtskrümmen der Tragflächen vermindert wird. Am
18. August 1871 ließ er vor Zeugen ein durch gespannte
Gummizüge betriebenes Flugzeugmodell frei fliegen. Dies war
der erste Flug eines "künstlichen Vogels". Wenige Jahre darauf
nahm sich Penaud, 30 Jahre alt, aus Kränkung über die Nicht
beachtung seiner Erfindung das Leben.
Der Deutsche Otto Lilienthai entdeckte um 1890, daß
gewölbte Tragflügel ebenen Flächen an Tragkraft bedeutend
überlegen seien. Er suchte der Lösung des Flugproblems da
durch näher zy kommen, daß er Tragflügel am eigenen Körper
befestigte und in dieser Weise von kleinen Anhöhen aus Gleit
und Schwebeversuche ausführte. Nach zahlreichen wohlgelun
genen Versuchen fand er durch Ab"turz am 11. August 1896
seinen Tod.
Durch Lilienthai und Penaud beeinfiußt, arbeitete der
Amerikaner O. Chanute weiter. Als seine Schüler gelten die
Brüder Wilbur und Orville Wright, Träger des bedeutendsten
Namens, den die Geschichte des Flugwesens zu nennen hat.
Sie erfanden in der Verwindung der Tragflächen das Mittel zur
Stabilisierung eines Flugzeuges in der Querrichtung. Sie bauten
ein Flugzeug mit gewölbten Tragflächen, mit Dämpfungsfläche
und Verwindung, rüsteten es mit einem rund 15 pferdigen Mo
tor aus und machten damit am 17. Dezember 1903 in Dayton,
Mises, Fluglehre. 3. Aufl. 1
2 Einleitung.
Staat Ohio, den ersten Flug von etwa einer Minute Dauer über
eine Strecke von 260 m. So wurden die Brüder Wright die
ersten Menschen, die wirklich geflogen sind.
2. Die französische Schule. Zur Zeit der ersten Ver
suche der Brüder Wright begann in Frankreich, geführt von
Hauptmann Ferber, eine große Reihe von Männern sich mit
Flugversuchen zu beschäftigen. Santos-Dumont gelang im Ok
tober 1906 der erste Motorflug in Europa. Unterstützt wurde
die hier einsetzende Entwicklung, die durch die Namen Far
man, Bleriot, Voisin u. a. gekennzeichnet wird, durch die
Schaffung des leichten Umlaufmotors (Gnöme), der in seiner
vollkommenen Anpassung an die Bedürfnisse des Fluges lange
Zeit hi.ndurch unübertroffen blieb. Als im Juni 1908 auch die
Brüder Wright nach Frankreich übersiedelten, war die Vorherr
schaft Frankreichs auf dem Gebiete des Fluges auf Jahre hinaus
fest begründet. Fast alle sportlichen Höchstleistungen wurden
in Frankreich geschaffen, fast alle Länder der Welt wurden
von der französischen Industrie mit Flugzeugen und Motoren
versorgt.
In Deutschland begann August Euler um 1909 mit Flug
versuchen und dem Bau von Flugzeugen im Anschluß an
französische Vorbilder.
3. Entwicklung des deutschen Flugwesens. Die
Entwicklung des deutschen Flugwesens knüpfte jedoch nicht
unmittelbar an die Ergebnisse der französischen Schule an,
sondern nahm ihren Ausgangspunkt von Österreich. Hier hatte
nach verdienstvollen Vorarbeiten von Wellner, Popper-Lyn
keus und anderen, Wilhelm Kress, der schon im Jahre 1880,
unabhängig von PEmaud, ein freifliegendes Modell eines Flugzeuges
vorführen konnte, jahrzehntelang Versuche mit Drachenfliegern
unternommen. Um 1899 begann Igo Etrich, dem das letzte
Gleitflugzeug Lilienthais zur Verfügung stand, mit Versuchen,
die dahin zielten, die Flügelform des Zanonia-Samens (einer
Gurkenpflanze aus Java) für Flugzwecke nutzbar zu machen.
Er entwickelte auf Grund dieses Gedankens in Gemeinschaft
mit Hugo Wels die "Taube", deren wesentliches Merkmal die
nach Art der Zanonia nach hinten aufwärts gebogenen Trag
flächenenden waren; damit schuf er das Flugzeug, das bis
zum Beginn des Krieges kennzeichnend für das deutsche Flug-
Geschichtlicher Überblick. 3
wesen blieb. Im Juli 1909 glückte der erste Flug in Wiener-Neu
stadt, von wo aus dann Hellmuth Hirth, der erste deutsche
Flieger von großem Ruf, die Taube nach dem Deutschen Reich
mitnahm. Fast die ganze deutsche Industrie beschäftigte sich
1910 bis 1913 mit der Vervollkommnung der Tauben-Bauart,
unter ausschließlicher Verwendung der aus dem Automobil
motor entwickelten Standmotoren. Erst seit 1913 gewannen,
zum Teil unter dem Einflusse französischer Vorbilder, Doppel
decker mit wesentlich glatten Tragflächen, aber - im Gegen
satz zu Frankreich - durchweg mit Standmotoren ausgerüstet,
allmählich größere Geltung. Namhafte Erfolge dieser Typen
kennzeichneten die Entwicklung in Deutschland in der letzten
Zeit vor dem Kriege.
4. Fortschritte während des Krieges. Die Weiter
bildung der Flugzeugtypen während des Krieges und seither, so
energisch sie auch von allen Seiten betrieben wurde, war be
herrscht von der durchgreifenden Tatsache, daß die Entwick
lung in den Grundzügen abgeschlossen ist und das Flugzeug
in seinem allgemeinen Aufbau und in der Mehrzahl seiner Kon
struktionsteile allmählich endgültige Formen annimmt. Der Unter
schied der Typen in den verschiedenen Ländern ist mehr und
mehr in den Hintergrund getreten und schließlich fast ganz
geschwunden. Ähnlich wie seit 4 oder 5 Jahrzehnten die
stationäre Dampfmaschine, drei Jahrzehnten das Fahrrad, seit
zwei Jahrzehnten das Automobil, so nähert sich jetzt das
Flugzeug seiner "Weltform ", die wohl weiten Spielraum für
konstruktive Anpassung an verschiedene Bedürfnisse, aber
keinen Spielraum für phantasievolle Erfindertätigkeit bietet.
Die Anforderungen des Krieges gingen in erster Reihe auf Er
höhung der Flugleistungen, Geschwindigkeit und Steigfähigkeit,
in zweiter Reihe auf Vervollkommnung der Bewaffnung für Ab
wehr und Angriff. Verhältnismäßig am besten und am end
gültigsten durchgebildet wurde die Bauart des kleinen raschen und
leichten Flugzeuges, das mit einem einzigen Insa~sen ohne jede
entbehrliche Belastung, mit dem leichten französischen Umlauf
motor ausgerüstet, gut 200 kmjSt. erreichte. Für größere
Bauarten schien der deutsche und österreichische Standmotor
mindestens gleichwertig, wenn nicht überlegen zu sein. Durch
greifend war die ganz enorme Steigerung der Motorstärke, die
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