Grundriss

Grundriss (Wing Planform)

Der Grundriss ist die Form des Flügels von oben gesehen. Verschiedene Grundrisse haben sehr unterschiedliche aerodynamische und strukturelle Eigenschaften.

Hauptformen

1. Rechteckiger Grundriss

• Konstante Sehnenlänge über die Spannweite.
• Lift-Verteilung: oben in der Wurzel hoch, zum Tip ungleichmäßig.
• Stall-Verhalten: Wurzel stallt zuerst — gutes Stall-Verhalten, Ailerons bleiben wirksam.
• Beispiele: Cessna 172, PA-28 (mit leichter Verjüngung), viele Schulflugzeuge.
• Vorteile: einfache Konstruktion, gutes Stall-Verhalten.
• Nachteile: höherer induzierter Drag, höheres Gewicht für gleiche Spannweite.

2. Verjüngter Grundriss (Tapered)

• Sehne nimmt von Wurzel zu Tip ab.
• Lift-Verteilung: nähert sich elliptischer Form → effizienter.
• Stall-Verhalten: Tip kann zuerst stallen (gefährlich, da Aileron-Wirkung verloren geht — daher Washout nötig).
• Beispiele: Cessna 152, Beechcraft Bonanza, viele moderne Flugzeuge.
• Vorteile: niedrigerer induzierter Drag, leichteres Strukturgewicht.
• Nachteile: komplexere Konstruktion; Stall-Behandlung mit Washout.

3. Elliptischer Grundriss

• Sehne folgt einer Ellipse entlang der Spannweite.
• Lift-Verteilung: mathematisch ideal (Prandtl-Theorie) → minimum induzierter Drag für gegebene Spannweite und Gewicht.
• Beispiele: Supermarine Spitfire (WW2), De Havilland Mosquito.
• Vorteile: aerodynamisch optimal.
• Nachteile: sehr aufwändige Fertigung (gebogene Spanten, unterschiedliche Profile pro Position). In moderner Großserien-Produktion meist durch Tapered ersetzt.

4. Trapezflügel / Pfeilflügel (Swept Wing)

• Vorderkante nach hinten geneigt (Pfeilung).
• Lift-Verteilung: zum Tip verlagert → Stall an Tip zuerst.
• Beispiele: alle moderne Verkehrsflugzeuge (Sweep 25–35°).
• Vorteile: höhere Mach-Zahl ohne Wellenwiderstand (relevant ab M > 0,3).
• Nachteile: Tip stalls first → Stick-Pusher in vielen Großflugzeugen.

5. Delta-Flügel

• Dreiecksförmig.
• Sehr hoher AoA möglich (Lift-Erzeugung durch Wirbel an scharfer Vorderkante).
• Beispiele: Concorde, Mirage, MIG-21.
• Vorteile: hohe Manövrierfähigkeit, hohe Mach-Zahl.
• Nachteile: hoher induzierter Drag bei niedriger Geschwindigkeit, schlecht für Take-off/Landung.

6. Deltaflügel mit Canard

• Delta mit kleinen Steuerflächen vorn (Canard).
• Beispiele: Eurofighter Typhoon, Saab Gripen, Dassault Rafale.
• Vorteile: noch agilere Manövrierfähigkeit.

Pfeilungswinkel (Sweep Angle)

Λ (Lambda) = Pfeilungswinkel der Vorderkante oder 1/4-Sehne.

• Λ = 0°: gerader Flügel (Cessna).
• Λ = 5–10°: leichte Pfeilung (B737 Outboard).
• Λ = 25–35°: typische Transportkategorie (A320, B787).
• Λ = 45–60°: Hochgeschwindigkeits-Jagdflugzeuge (F-104).

Lift-Verteilung — Prandtl-Theorie

Ludwig Prandtl (1875–1953) zeigte: minimum induzierter Drag entsteht bei elliptischer Lift-Verteilung entlang der Spannweite.

Wirkliche Lift-Verteilung hängt vom Grundriss ab:

• Rechteck: Lift höher in der Wurzel.
• Tapered: nähert sich elliptisch an.
• Ellipse: ideal.

Stall-Verhalten je Grundriss