Flugzeug

mini|Cessna 172: Mit mehr als 44.000 Exemplaren der meistgebaute Flugzeugtyp weltweit mini|Airbus A380: Das größte in Serienfertigung produzierte zivile Verkehrsflugzeug in der Geschichte der Luftfahrt mini|Kampfflugzeuge verschiedenster Generationen über New York – Die General Dynamics F-16, North American P-51, Fairchild-Republic A-10 und McDonnell Douglas F-15 (v. l. n. r.) Ein Flugzeug ist ein Luftfahrzeug, das schwerer als Luft ist und den zu seinem Fliegen nötigen dynamischen Auftrieb mit nicht-rotierenden Auftriebsflächen erzeugt. In der enger gefassten Definition der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) ist es auch immer ein motorisiertes Luftfahrzeug. Der Betrieb von Flugzeugen, die am Luftverkehr teilnehmen, wird durch Luftverkehrsgesetze geregelt.

Umgangssprachlich werden Flugzeuge mitunter auch Flieger genannt,Flieger. duden.de der Ausdruck Flieger hat als Hauptbedeutung jedoch den Piloten.

Definition Die Internationale Zivilluftfahrtorganisation (International Civil Aviation Organization, ICAO) definiert den Begriff Flugzeug wie folgt:

Im rechtlichen Sprachgebrauch ist ein Flugzeug ein motorgetriebenes Luftfahrzeug, schwerer als (die von ihm verdrängte) Luft, das seinen Auftrieb durch Tragflächen erhält, die bei gleichbleibenden Flugbedingungen unverändert bleiben, allgemeinsprachlich Motorflugzeug genannt. Wenn in einem Gesetzestext also von Flugzeugen die Rede ist, dann sind immer nur Motorflugzeuge gemeint, nicht aber Segelflugzeuge, Motorsegler und Ultraleichtflugzeuge. Letztere sind in Deutschland eine Unterklasse der Luftsportgeräte.

Manche Autoren verwenden eine weiter gefasste Definition, nach der auch die Drehflügler eine Untergruppe der Flugzeuge darstellen. Die eigentlichen Flugzeuge werden dann zur besseren Abgrenzung als Starrflügler, Starrflügelflugzeug oder Flächenflugzeug bezeichnet. Diese Einordnung widerspricht aber sowohl der rechtlichen Definition als auch dem allgemeinen Sprachgebrauch und kann damit als veraltet betrachtet werden.

Die in diesem Artikel verwendete Definition richtet sich nach der umgangssprachlichen Bedeutung des Begriffes Flugzeug, die sämtliche Luftfahrzeuge umfasst, die einen Rumpf mit festen Tragflächen besitzen.

Abgrenzung zu anderen Luftfahrzeugen mini|Fairey Rotodyne: Ein Kombinationsflugschrauber mit Tragflächen mini|Raumgleiter wie das Space Shuttle starten wie Raketen und landen wie Flugzeuge mini|hochkant|Das VTOL UAV Hummingbird fliegt durch Flügelschlag Bei Flugzeugen wird der Auftrieb – bei der Vorwärtsbewegung des Luftfahrzeugs – durch die Umlenkung der notwendigen Luftströmung an den Tragflächen (mit geeignetem Profil und Anstellwinkel) erzeugt. Durch die Umlenkung wird der Luft ein senkrecht nach unten gerichteter Impuls übertragen. Nach dem ersten Newtonschen Gesetz erfordert diese Richtungsänderung der Strömung nach unten eine stetig wirkende Kraft. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz (Actio und reactio) wirkt dabei eine gleiche und entgegengesetzte Kraft, der Auftrieb, auf die Tragfläche.

Neben der starren Verbindung von Tragfläche und Flugzeugrumpf gibt es mit Wandel- und Schwenkflügelflugzeugen auch einige Flugzeugtypen, bei denen die Tragflächen flexibel am Flugzeugrumpf fixiert sind. Damit können bei diesen Typen Einsatzanforderungen realisiert werden, die mit einer starren Tragfläche nicht möglich sind. Im weiteren Sinn benutzen das Starrflügelprinzip auch Luftfahrzeuge mit vollkommen flexiblen Tragflächen, wie Gleit- und Motorschirme, sowie mit zerlegbaren Tragflächen wie bei Hängegleitern.

Bodeneffektfahrzeuge Bodeneffektfahrzeuge fliegen mit Hilfe von Tragflächen knapp über der Erdoberfläche und ähneln damit tief fliegenden Flugzeugen. Sie sind jedoch in der Regel nicht in der Lage, über den Einflussbereich des Bodeneffektes hinaus zu steigen, und gelten daher – ähnlich wie Luftkissenfahrzeuge – nicht als Luftfahrzeuge.

Drehflügler Bei Drehflüglern (Hubschrauber, Helikopter) sind die Tragflächen in Form eines horizontalen Rotors aufgebaut. Die Luftströmung über den Rotorblättern ergibt sich aus der Kombination der Drehbewegung des Rotors und der anströmenden Luft aus Eigenbewegung und Wind.

Einige Drehflügler, wie zum Beispiel die Verbundhubschrauber oder Kombinationsflugschrauber, besitzen jedoch neben ihrem Hauptrotor auch mehr oder weniger lange, feste Tragflächen, die für zusätzlichen Auftrieb sorgen.

Ein Zwischending zwischen Starrflügelflugzeugen und Drehflüglern sind die Wandelflugzeuge, die im Flug die Flugmodi (Flugzustände) wechseln können.

Raketen Anders als das Flugzeug fliegt die Rakete mit einem Raketentriebwerk (Rückstoßantrieb) durch Ausstoßen mitgeführter Stützmasse unabhängig von einer Luftströmung, auch wenn sie für Flugphasen in der Atmosphäre aerodynamische Steuerflächen haben kann. Diese dienen aber nicht dem Auftrieb, sondern nur der Stabilisierung und Steuerung. Ein Sonderfall ist der Raumgleiter, der meist mit einer Trägerrakete startet und im aerodynamischen Flug landet. Er kann als Flugzeug angesehen werden.

Rotorflugzeuge Ein Rotorflugzeug besitzt als Tragorgane Flettner-Rotoren, die den Magnus-Effekt nutzen. Rotorflugzeuge sind selbst im Modellbau nur selten anzutreffen und haben bisher keine praktische Bedeutung. Sie dürfen nicht mit Drehflüglern verwechselt werden.

Schwingenflugzeuge Bei Ornithoptern, auch Schwingenflugzeug genannt, bewegen sich die Tragflächen wie Vogelflügel auf und ab, um Auftrieb und Vortrieb zu erzeugen. Sie werden daher teils auch Flatterflügel genannt. Besonders in der Frühzeit der Luftfahrt wurde versucht, Schwingenflugzeuge nach dem Vorbild der Natur zu bauen. Es ist nicht bekannt, dass personentragende Flugzeuge dieses Typs bisher geflogen sind, es gibt aber funktionsfähige, ferngesteuerte Modell-Ornithopter und Kleinstdrohnen, so z. B. das DelFly der TU Delft.

Genereller Aufbau Traditionell wird ein Flugzeug in drei Hauptgruppen (Konstruktionshauptgruppen) unterteilt: Flugwerk, Triebwerksanlage und Ausrüstung.

Flugwerk Das Flugwerk besteht aus dem Rumpfwerk, dem Tragwerk, dem Leitwerk, dem Steuerwerk und dem Fahrwerk bei Landflugzeugen bzw. den Auftriebskörpern (Schwimmern) bei Wasserflugzeugen. Bei Senkrechtstartern und Segelflugzeugen älterer Bauart kann anstelle von Fahrwerk oder Schwimmern ein Kufenlandegestell vorhanden sein. In vielen, meist älteren Veröffentlichungen wird statt Flugwerk der Begriff Flugzeugzelle oder einfach Zelle verwendet.Flugwerk/Zelle gleichbedeutend verwendet, s. Tabelle S. 5 (PDF; 59 kB)

Rumpfwerk Der Flugzeugrumpf ist das zentrale Konstruktionselement der meisten Flugzeuge. An ihm ist das Tragwerk angebracht, er beherbergt neben den Piloten auch einen Großteil der Betriebsausrüstung. Bei einem Passagierflugzeug nimmt der Rumpf die Passagiere auf. Oft ist auch das Fahrwerk ganz oder teilweise am Rumpf. Die Triebwerke können in den Rumpf integriert werden. Bei Flugbooten bildet der Rumpf den Haupt-Auftriebskörper.

Man unterscheidet verschiedene Rumpfformen. Heute sind runde Rumpfquerschnitte die Regel, wenn die Maschine eine Druckkabine besitzt. Frachtmaschinen besitzen oft einen rechteckigen Rumpfquerschnitt, um das Beladevolumen zu optimieren. Die meisten Flugzeuge besitzen nur einen Rumpf, daneben gibt es auch Maschinen mit Doppelrumpf und Nurflügelflugzeuge.

Tragwerk mini|hochkant|Tragfläche mit um wenige Grad ausgefahrenen Landeklappen

Das Tragwerk besteht neben einer oder mehreren Tragflächen als Hauptkomponente aus sämtlichen Auftrieb liefernden Komponenten.

Leitwerk Das Leitwerk besteht aus dem Höhenleitwerk mit den Höhenrudern und den zugehörigen Trimmrudern, dem Seitenleitwerk mit dem Seitenruder und dem Trimmruder dafür und den Querrudern. Zudem ist die Hauptaufgabe des Leitwerks, die gegebene Fluglage und Richtung zu stabilisieren, ferner die Steuerung um alle drei Achsen des Flugzeuges.

Leitwerk Steuerelemente Wirkung Achsensystem Höhenleitwerk Höhenflosse und Höhenruder Drehung um die Querachse (Nicken) Y-Achse Seitenleitwerk Seitenflosse und Seitenruder Drehung um die Hochachse (Gieren) Z-Achse Flächenleitwerk Querruder und Störklappe Drehung um die Längsachse (Rollen) X-Achse

Steuerwerk Das Steuerwerk oder die Steuerung besteht beim Starrflügelflugzeug aus dem Steuerknüppel oder der Steuersäule mit Steuerhorn oder Handrad und den Seitensteuerpedalen, mit denen die Steuerbefehle gegeben werden. Für die Übertragung der Steuerkräfte bzw. -signale können Gestänge, Seilzüge, Hydraulik, elektrische (Fly-by-wire) oder optische (Fly-by-light) Signale eingesetzt werden. Die Steuersäule wird bei einigen modernen Flugzeugen durch den Sidestick ersetzt.

Fahrwerk

Das Fahrwerk ermöglicht einem Flugzeug, sich am Boden zu bewegen, die erforderliche Abhebegeschwindigkeit zu erreichen, die Landestöße zu absorbieren und Stöße z. B. durch Bodenwellen zu dämpfen.

Fahrwerke werden eingeteilt in starre, halbstarre und Einziehfahrwerke. Ein starres Fahrwerk behält auch während des Fluges unverändert seine Position bei; das halbstarre Fahrwerk wird teilweise eingezogen (z. B. nur das Bugfahrwerk). Ein Einziehfahrwerk kann nach dem Start eingezogen und gegebenenfalls durch Fahrwerksklappen abgedeckt werden und muss vor der Landung wieder ausgefahren werden. Flugzeuge mit hoher Endgeschwindigkeit haben stets Einziehfahrwerke.

Fahrwerke können auch eingeteilt werden gemäß ihrer Anordnung. Weitverbreitete Fahrwerksform ist das „Bugradfahrwerk“, bei dem ein oder mehrere kleine Räder am Flugzeugvorderteil angebracht sind und das Hauptfahrwerk hinter dem Flugzeugschwerpunkt liegt. Dies ermöglicht während des Rollens am Boden gute Sicht für den Piloten im Vergleich zum ehemals weit verbreiteten Heck- oder Spornfahrwerk mit einem kleinen Rad oder einem Schleifsporn am Heck; es kommt heute nur noch selten zum Einsatz. Eine Besonderheit ist das Tandemfahrwerk, bei dem die Fahrwerksteile vorne und hinten am Rumpf gleich groß sind und sich die Hauptlast teilen, das Flugzeug wird seitwärts durch Stützräder am Tragwerk stabilisiert.

Triebwerk

mini|Turbofan-Triebwerk einer Boeing 747 Die Triebwerksanlage eines Flugzeuges umfasst einen oder mehrere Motoren (i. Allg. von gleicher Bauart) mit Zubehör. Die häufigsten Bauweisen sind: Hubkolbenmotor (Flugmotor) mit Propeller, Gasturbine (Wellenleistungstriebwerk) mit Propeller (Turboprop) sowie das Turbinen-Strahltriebwerk, meist in Turbofan-Bauweise. Selten/experimentell sind Staustrahltriebwerk, Raketentriebwerk oder Elektromotor.

Zum Zubehör gehören das Kraftstoffsystem und -leitungen, ggf. eine Schmieranlage, die Motorkühlung, Triebwerksträger und Triebwerksverkleidung.

Außerhalb der Kampffliegerei sind die Strahltriebwerke aus Wartungsgründen mittlerweile nicht mehr in Tragfläche oder Rumpf integriert, eine Ausnahme bildet die Nimrod MRA4.

Als Treibstoff wird meist Kerosin, AvGas, MoGas oder Ethanol verwendet.

Betriebsausrüstung mini|Betriebsausrüstung: Cockpit einer Dornier 228 Die Betriebsausrüstung eines Flugzeuges umfasst alle bordseitigen Komponenten eines Flugzeuges, die nicht zu Flugwerk und Triebwerk gehören und die zur sicheren Durchführung eines Fluges erforderlich sind. Sie besteht aus den Komponenten zur Überwachung von Fluglage, Flug- und Triebwerkszustand, zur Navigation, zur Kommunikation, aus Versorgungssystemen, Warnsystemen, Sicherheitsausrüstung und gegebenenfalls Sonderausrüstung. Der elektronische Teil der Betriebsausrüstung wird auch Avionik genannt.

Viele Fachautoren zählen inzwischen das Steuerwerk oder die Steuerung nicht mehr zum Flugwerk, sondern zur Betriebsausrüstung, da bei modernen Flugzeugen die Steuerung von den Sensoren der Betriebsausrüstung und von Bordrechnern wesentlich beeinflusst wird.

Bauweisen