Luftschiff

Ein Luftschiff ist ein lenkbares Luftfahrzeug, dessen Auftrieb auf aerostatischen Kräften beruht und das über eine eigene Antriebseinheit verfügt. Die Haupteinsatzgebiete heutiger Luftschiffe sind touristische Rundfahrten, Luftwerbung, Überwachungs- und vereinzelt auch Forschungsaufgaben.

Die Ära der Luftschifffahrt begann im 19. Jahrhundert und erreichte ihren Höhepunkt in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Luftschiffe sind die Pioniere der zivilen Luftfahrt. Sie waren die Verkehrsmittel der ersten Luftfahrtgesellschaft und auch die ersten Luftfahrzeuge, die Passagiere im Liniendienst ohne Zwischenstopp über den Atlantik beförderten. Die Ära der Großluftschifffahrt begann im Ersten Weltkrieg, um militärischen Leistungsanforderungen nachzukommen. Während des Krieges wurden Luftschiffe mit dem Zweck des Personen- und Gütertransports eingesetzt. Zudem waren sie Langstreckenaufklärer und die einzigen Luftfahrzeuge ihrer Zeit, die eine größere Bombenlast tragen konnten. Später schützten sie Konvois vor feindlichen U-Booten und überwachten den Luftraum.

Die großen Luftschifftypen dieser Zeit waren jedoch lange nur in einem prototypischen, unsicheren Zustand, sodass es immer wieder zu Unglücken kam. Die Luftschifftechnologie kam erst wirklich zur Reife, als Luftschiffe mit Beginn des Zweiten Weltkriegs im militärischen Bereich sowie im Personen- und Güterverkehr weitgehend durch die sich rasant entwickelnde Flugzeugtechnik verdrängt wurden.

mini|Ein Zeppelin NT mini|Heißluft-Luftschiff über Frankfurt/M. mini|Gondel eines Heißluft-Luftschiffes

Beschreibung Aufbau und Funktion Luftschiffe bestehen aus einem meist aerodynamisch geformten Auftriebskörper, der das Traggas enthält. An ihm sind je nach Bauart eine oder mehrere Gondeln befestigt. In dieser Gondel, bei einigen großen Luftschiffen auch innerhalb des Auftriebskörpers, ist Platz für die Besatzung, Passagiere, Frachtgut und die Aggregate. Triebwerke sorgen für eine Vortriebskraft, die mit Leitwerken gesteuert wird.

Das Traggas verleiht Luftschiffen ihren statischen Auftrieb, da es eine geringere Dichte als Luft aufweist. Luftschiffe schweben in der Luft, ähnlich einem U-Boot im Wasser. Im Fachjargon wird daher von fahren statt fliegen gesprochen, siehe Ballonfahren.

Als Traggas wird heute Helium benutzt, da es im Gegensatz zum früher verwendeten Wasserstoff nicht brennbar ist. Helium ist teurer als Wasserstoff und bei gleichem Volumen etwa doppelt so schwer, aber immer noch viel leichter als Luft. Entscheidend für den Auftrieb ist die Differenz zwischen der Traggas- und der Luftdichte. Wasserstoff hat einen etwa acht Prozent größeren Auftrieb als Helium.

Ihr großes Volumen verleiht Luftschiffen einen hohen Luftwiderstand. Die Höchstgeschwindigkeiten sind daher auf rund 100 bis 150 km/h begrenzt. Da sich das Traggas mit zunehmender Höhe noch weiter ausdehnt, beträgt die maximale Flughöhe normalerweise nur etwa 2000–3000 Meter. Eine Ausnahme bilden bzw. bildeten die speziell für höhere Luftschichten konstruierten unbemannten Höhenplattformen, die derzeit entwickelt werden, und die Kriegsluftschiffe im Ersten Weltkrieg, die höher als die meisten damals verfügbaren Flugzeuge steigen konnten.

Einteilung Bei Luftschiffen lassen sich drei grundsätzliche Bauweisen unterscheiden: Prallluftschiffe, die häufigste Bauform, auch Blimp genannt, erhalten ihre Form durch einen Überdruck in der Hülle. Gondel und Leitwerk sind direkt an der Hülle befestigt. Zu dieser Kategorie zählen auch Heißluft-Luftschiffe, deren Traggas wie bei Heißluftballons warme Luft ist. Halbstarre Luftschiffe besitzen an der Unterseite der Hülle eine zusätzliche Tragstruktur (z. B. ein Kielgerüst), an der Motoren, Gondel und Leitwerk angebracht sind. Die Hülle wird vom Innendruck des Traggases in Form gehalten. Starrluftschiffe haben durch ein inneres Gerüst mit Kielsteg und teils auch einem zusätzlichen Achssteg eine feste Struktur, das die Form des Schiffskörpers vorgibt. Alle Komponenten sind an diesem Gerüst befestigt. Beispiele sind die von Ferdinand Graf von Zeppelin gebauten Zeppeline.

Der Begriff Hybridluftschiff wird für Luftfahrzeuge verwendet, die die Leichter-als-Luft-Technik mit der Schwerer-als-Luft-Technik kombinieren. Dabei wird der benötigte Auftrieb sowohl aerostatisch (wie bei konventionellen Luftschiffen) als auch zu einem erheblichen Teil aerodynamisch (wie bei Flugzeugen) erzeugt. Hier muss allerdings erwähnt werden, dass auch konventionelle Luftschiffe meistens „schwer“ operieren, d. h. einen geringen Teil (etwa fünf Prozent) des erforderlichen Auftriebs ebenfalls aerodynamisch erzeugen.

Hybride Luftschiffe bestehen z. B. aus einem konventionellen Luftschiffkörper, an den Tragflächen angebracht sind. Frühere Projekte für „vollwertige“ Hybridluftschiffe kamen nie über das Prototypenstadium hinaus und waren von meist nur bescheidenem Erfolg oder gar Versagen geprägt. Aktuell stieg am 31. Januar 2006 unter militärischer Aufsicht das Lockheed-Modell P-791 erstmals auf.

In Deutschland bilden Luftschiffe luftrechtlich eine eigene Luftfahrzeugklasse, Heißluft-Luftschiffe gelten jedoch als Ballon mit Hilfsantrieb.

Antrieb und Steuerung mini|Blick aus der Steuergondel eines französischen Luftschiffes, 1918

Als Antrieb kommen hauptsächlich Benzin-Flugmotoren mit Luftschrauben zum Einsatz. Es gab Versuche, Blaugas oder das Wasserstofftraggas als Kraftstoff zu verwenden. Einige Schiffe besaßen auch Dieselmotoren, gegenwärtig (Stand 2005) verfügt darüber jedoch nur das ATG AT-10. Dieselmotoren verfügen über einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad und der Kraftstoff hat eine höhere Energiedichte als Benzin. Das einzige Luftschiff mit Gasturbinenantrieb (Turboprop) war das Goodyear GZ-22 „Spirit of Akron“ (1987–1999).

Elektroantriebe wurden in den 1880er-Jahren bei einigen der ersten Luftschiffe überhaupt verwendet, als noch keine leistungsfähigen Verbrennungsmotoren zur Verfügung standen. Heute gewinnen sie bei unbemannten Höhenplattformprojekten oder Solarluftschiffen wieder an Bedeutung. Hauptproblem ist jedoch nach wie vor das schlechte Leistungs-Gewichts-Verhältnis der Energiespeicher. Ein kleines Elektroluftschiff kam bei der Erforschung des Regenwaldes zum Einsatz.Bericht über die Einsätze von D4 (englisch, PDF 84 kB)

Während die historischen Luftschiffe mit Wasserstoff-Füllung durch Ablassen von Traggas oder Ballastwasser ihr Gewicht genau auf den Auftrieb trimmen konnten und so auch in der Lage waren, antriebslos in der Luft zu schweben, wird bei modernen Luftschiffen im Normalbetrieb kein (teures) Helium abgelassen. Sie sind meist ein klein wenig schwerer als Luft unterwegs.

Neben dem statischen Auftrieb durch das Traggas nutzen Luftschiffe ihren Antrieb, um dynamischen Auftrieb zu erzeugen. Durch die Geschwindigkeit und das Anstellen des Luftschiffkörpers gegenüber der Horizontalen entsteht ähnlich wie bei einem Flugzeug mit seinen Tragflächen eine Auftriebskraft. Dieser Effekt wird beispielsweise genutzt, wenn das Luftschiff steigen oder sinken soll, oder wenn sich das Gewicht des Luftschiffes während der Fahrt durch Regenwasser, das auf die Hülle fällt, erhöht. Auch beim Start, wenn noch viel Kraftstoff an Bord ist, wird dieser Effekt manchmal genutzt, indem das Luftschiff mit etwas „Anlauf“ ähnlich wie ein Flugzeug startet.

Die meisten modernen Luftschiffe verfügen über schwenkbare Luftschrauben. Sie vereinfachen das Manövrieren und erlauben es dem Schiff, auch aus dem Stand aufzusteigen, wenn es etwas schwerer als Luft ist, und zu landen, wenn es leichter als Luft ist. Dazu drückt der Pilot das Luftschiff mit der Triebwerkskraft auf den Boden, wo es meist sofort mit etwas Ballast beschwert und an den Ankermast gelegt wird. Auf diese Weise braucht kein Helium abgelassen zu werden.

Verwendung mini|Zeppelin NT auf Fahrt

Luftschiffe zeichnen sich gegenüber anderen Fluggeräten durch ihre Fähigkeit aus, ruhig und vibrationsarm mit relativ geringem Kraftstoffverbrauch eine sehr lange Einsatzdauer zu erreichen. Sie können stundenlang über einem Gebiet verweilen und bei Bedarf die Geschwindigkeit auch bis zum Stillstand drosseln.

Aus diesen Eigenschaften leiten sich folgende Haupteinsatzgebiete ab: Luftwerbung: Mit ihren riesigen Auftriebskörpern sind Luftschiffe ein unübersehbarer Blickfang am Himmel. Bereits 1906 wurde versucht, dieses Potential zu nutzen, indem man nachts mit einem Projektor Bilder auf die Unterseite des Parseval PL 6 projizierte, später wurden die Hüllen mit großen Werbeschriftzügen gestaltet. Heute tragen viele Luftschiffe eine Fläche aus Leuchtelementen, mit denen sie Grafiken und Texte an den Himmel zeichnen, oder können sogar bewegte Bilder von innen gegen die transparente Hülle projizieren. Die meisten Luftschiffe sind farblich für einen Werbekunden gestaltet, oder werden je nach Anlass mit verschiedenen Motiven beklebt. Umfragen haben ergeben, dass Luftschiffe einen sehr hohen Wiedererkennungswert besitzen und mit einem positiven belegt sind, das sich auch auf die beworbenen Marken überträgt. So war bei einer Umfrage unter 1046 Personen im Alter von 14 bis 49 Jahren Luftschiffwerbung 90 % der Befragten bekannt und wurde von 83 % als positiv bewertet. Einen höheren Wert erreichte diesbezüglich lediglich Werbung auf Heißluftballons mit einer Zustimmung bei 88 % der Umfrageteilnehmer.It Works: Die It-Works-Ambientmediastudie. Eine intermediale Reichweitenstudie zu 65 Out of Home Medien mit dem Schwerpunkt Ambient im Vergleich zur klassischen Außen- und Verkehrsmittelwerbung, Düsseldorf, Januar 2004 Rundflug: Als Pioniere der Luftfahrt boten Luftschiffe als erste motorisierte Luftfahrzeuge schon seit Beginn des 20. Jahrhunderts die Attraktion einer Rundfahrt. Ihr ruhiger Flug erlaubt auch Nichtfliegern den Blick von der Höhe auf die Erde. Ihre geringe Geschwindigkeit und geringe Flughöhe macht sie zu einem guten Mittel für Rundflüge. Bei vielen Luftschiffen können auch die Fenster geöffnet werden. Überwachung (z. B. Großereignisse, Verkehr, Militär, Relaisstation), Waldbrandüberwachung und -bekämpfung. Forschungsaufgaben, geologische Erkundung, Minensuche. Vermittlung von Funkdiensten (Beispiel Sanswire Stratellite)

Neben diesen tatsächlichen Einsatzzwecken tauchten in der Historie der Luftschifffahrt immer wieder Projekte und Konzepte auf, Luftschiffe zum alleinigen Transport von Fracht als Transportluftschiffe einzusetzen. Eines der bekanntesten Projekte dieser Art stellt das deutsche Unternehmen CargoLifter dar, welches ein Transportluftschiff für bis zu 160 t schwere Fracht entwickeln wollte, aber nie über die Konzeptionsphase hinauskam. Auch der Luft- und Raumfahrtkonzern Boeing arbeitete bis zum Jahr 2011 an einem solchen Projekt, stellte dieses jedoch ebenfalls ein. Momentan versucht die britische Firma Hybrid Air Vehicles ein Hybridluftschiff mit einer Kapazität von bis zu 50 t Fracht zu entwickeln und bis zum Jahr 2015 auszuliefern.

Geschichte Idee und anfängliche Entwicklungen Schon etwa im Jahr 1670 hatte der italienische Jesuitenpater Francesco Lana Terzi die Idee zur Konstruktion eines „Luftschiffs“. Er wollte ein Boot an luftleer gepumpten Kugeln aufhängen. Die Idee wurde nie realisiert, aber 1676 von Philipp Lohmeier in seiner Dissertation De artificio navigandi per aërem (Von der Kunst durch die Luft zu schifffahren) aufgegriffen.

Aus dem Jahr 1785 stammt ein Luftschiffentwurf von Jean-Baptiste Meusnier, der bereits alle Elemente wie Auftriebskörper mit darunter aufgehängter länglicher Gondel, Steuerruder und drei muskelkraftbetriebene Luftschrauben für den Antrieb enthielt. Es wurde nicht gebaut.

1812 scheiterte Franz Leppich mit dem Versuch, sein für den Zaren Alexander I. konzipiertes Transportluftschiff mittels zweier großer Ruder, deren jedes fünf flügelartige Schaufeln besaß, durch Muskelkraft fortzubewegen. mini|links|Luftschiff von Henri Giffard