Gleitschirm

mini|Ein Gleitschirm im Flug mini|hochkant=1.3|Gleitschirm am Boden, vor dem Start Der Gleitschirm (auch Paragleiter, abgeleitet von ) ist ein Luftsportgerät zum Gleitschirmfliegen. Er ist ein fußstartfähiges Fluggerät und zählt zu den Gleitsegeln.

Rechtliche Einordnung Gleitschirme zählen in Deutschland laut Luftverkehrsgesetz zur Luftfahrzeugklasse Luftsportgeräte; zu dieser zählen Gleitsegel, Ultraleichtflugzeuge, Hängegleiter, Sprungfallschirme und Gleitflugzeuge. Gleitsegel mit Motor sind ebenfalls Luftsportgeräte; sie fallen unter die Bestimmungen der Ultraleichtflugzeuge.

In Österreich gelten Gleitschirme als Luftfahrzeuge schwerer als Luft ohne eigenen Antrieb.

In der Schweiz zählen Gleitschirme zu den Hängegleitern.

Geschichte mini|Studie der NASA, 1992 mini|Ein Gleitschirm von 1988. Schirm und Gurtzeug unterscheiden sich deutlich von heutigen Ausrüstungen.

Erste Ideen zu einem Fluggerät, das komplett aus Textilien besteht, wurden bereits 1948 vom späteren NASA-Ingenieur Francis Rogallo in einem Patent skizziert. Dieses beschreibt „nach vorne offene Stoffröhren, parallel nebeneinander angeordnet und durch den Fahrtwind aufgeblasen, eine Tragfläche bildend“. Konkrete Umsetzungen dieser Idee durch Rogallo sind nicht bekannt. Erst in den Jahren 1991 bis 1996 wurde im Projekt Spacewedge der Einsatz von Gleitschirmen zur gesteuerten Landung der Rückkehrkapseln von Raumfahrzeugen experimentell untersucht.

Als erster echter Gleitschirm gilt der einflächige Sailwing von David Barish von 1965.

Heutige Gleitschirme basieren aufgrund der Geschichte des Gleitsegelfliegens und der dabei eingesetzten Schirmarten meist auf dem zweiflächigen Parafoil-Fallschirmkonzept von Domina Jalbert, ebenso wie die heute im Fallschirmsport üblichen Fallschirme. Allerdings kommen erneut auch Gleitschirme zum Einsatz, die auf dem Einsegel-Konzept von David Barish basieren. Gleitschirme und Fallschirme haben sich seit langem aufgrund aerodynamischer und technischer Anpassungen an die speziellen Anforderungen der jeweiligen Sportart weit auseinanderentwickelt; Fallschirme sind für Bergstarts ungeeignet und Gleitschirme sind für Fallschirmabsprünge ungeeignet.

Beim Speed Flying benutzt der Pilot einen deutlich kleineren Gleitschirm als üblich. Die höhere Flächenbelastung bewirkt eine höhere Geschwindigkeit und ein agileres Schirmverhalten beim Kurvenflug. Nachteile sind eine kleinere Gleitzahl, eine höhere Mindestgeschwindigkeit (auch nachteilig bei der Landung), eine größere Sinkrate und eine nur für sehr geübte Piloten geeignete Agilität.

Aufbau Ein Gleitschirm besteht aus einer Schirmkappe, Leinen und Tragegurten. Der Pilot benötigt ein Gurtzeug, in dem er während des Fluges sitzt. Das Gurtzeug wird mit je einem Karabiner an den beiden Tragegurten des Gleitschirms eingehängt.

mini|hochkant=0.8|class=skin-invert-image|Schematischer Aufbau eines Gleitschirms: 1 Obersegel, 2 Untersegel, 3 Profilrippen geben dem Schirm das gewünschte Profil, 4 Zugbänder leiten die Kräfte vom Obersegel innerhalb der Gleitschirmkappe an die Aufhängungspunkte der Leinen, 5 Galerieleinen, 6 Fangleinen, 7 Stammleinen, 8 Tragegurte mini|hochkant=0.8|class=skin-invert-image|Einzelteile des Beschleunigers: 1 Tragegurten, 2 Verbindung zum Gurtzeug, 3 Verbindung zum Beschleuniger, 4 Flaschenzugsystem, 5 Umlenkrollen, 6 und 7 Zugbänder mini|hochkant=0.8|class=skin-invert-image|Wirkungsweise des Beschleunigers

Schirmkappe Die Kappe, auch Kalotte genannt, ist eine näherungsweise elliptische Tragfläche aus Nylon-Stoff, der durch die sogenannte Ripstop-Technik besonders reißfest gewebt ist. Um die Luftdurchlässigkeit zu verringern, ist das Gewebe beschichtet. Die Beschichtung schützt zudem das Material gegen mechanische Beanspruchung und die durch UV-Licht verursachte Alterung.

Die Kappe besteht meist aus einem Ober- und einem Untersegel und ist in zahlreiche Kammern in Längsrichtung unterteilt. Die hintere Seite einer solchen Kammerzelle ist zugenäht; an der Vorderseite befindet sich die Eintrittskante, durch die jede Kammer beim Aufziehen des Gleitschirms mit Luft gefüllt wird. Durch den entstehenden Staudruck wird die Kappe versteift, so dass ein Flügelprofil entsteht, an dem eine Luftströmung anliegt und das dynamischen Auftrieb erzeugt. Nebeneinanderliegende Kammerzellen sind durch Öffnungen („Cross-Ports“) miteinander verbunden und gleichen den Staudruck innerhalb der gesamten Kappe aus. Je breiter die Kappe bei abnehmender Tiefe wird (zunehmende Streckung), desto anspruchsvoller ist sie zu fliegen. Eine hohe Streckung bringt eine erhöhte Leistungsfähigkeit mit sich, was vor allem im Wettkampfsport genutzt wird.

Der erste Gleitschirmflug wurde mit einem Einfachsegler, dem Sailwing, durchgeführt; dieser hatte nur ein Segel und keine Kammern. Schirme mit dieser Bauform kommen heute erneut, als sogenannte Single Skins, zum Einsatz. Ein Vorteil dieser Bauform ist ihr geringes Volumen im gepackten Zustand und dass sich Single Skins leicht aufziehen lassen, selbst an schwierigen Startplätzen. Nachteile sind die schnell abfallende Gleitleistung bei Gegenwind und die oftmals erschwerte Landung.

Leinen Die von der Segelunterseite in mehreren Ebenen herablaufenden Galerieleinen werden zu Stammleinen zusammengeführt, die wiederum in Leinenschlösser eingehängt und mit dem jeweiligen linken und rechten Gurtband verbunden sind. Über diese (Tragegurte genannt) wird der Gleitschirm mittels Karabinern mit dem Gurtzeug des Piloten verbunden. Die hinterste Leinenebene ist nicht fest mit den Tragegurten verbunden, sondern wird gesondert auf beiden Seiten zu je einer Bremsleine zusammengeführt, die der Steuerung dient.

Als Leinen-Material wird zumeist Aramid oder Dyneema mit einem Kerndurchmesser von ca. bis  mm verwendet, seltener kommen auch Leinen aus FKP, wie Vectran zum Einsatz.Leinen aus diesen Kunstfasern haben trotz geringem Durchmesser eine hohe Reißfestigkeit. Bei den meisten Seriengeräten sind diese Leinenkerne durch eine weitere Textilummantelung vor UV-Licht und mechanischer Beanspruchung geschützt. Bei Wettkampfschirmen wird zugunsten des geringeren Luftwiderstandes häufig auf die Ummantelung verzichtet.

Gurtzeug

Das Gurtzeug ist ein Sitz, der den Gleitschirm mit dem Piloten verbindet, und damit kein eigentlicher Bestandteil des Gleitschirms. Über Karabiner werden die Tragegurte, die die Stammleinen des Gleitschirms bündeln, in das Gurtzeug eingehakt. Der Pilot ist mit Bein- und Brustgurten am Gurtzeug angeschnallt. Mit dem Gurtzeug verbunden bzw. darin integriert sind der Rettungsfallschirm und das Beschleunigersystem. Ebenso sind bei aktuellen Gurtzeugen Protektoren zum Schutz der Wirbelsäule und des Beckens eingearbeitet, die den Piloten im Falle eines Unfalls schützen.

Steuerung Gesteuert wird der Gleitschirm durch je eine Bremsleine auf der linken und rechten Seite, deren Galerieleinen (Bremsspinne) die Hinterkante des Gleitschirms herunterziehen und so das Profil ähnlich einer nach unten ausgefahrenen Landeklappe verändern: eine Erhöhung sowohl des Auftriebs als auch des Widerstands ist die Folge. Die beiden Bremsleinen können sowohl gleichsinnig als auch gegensinnig betätigt werden. Wenn z. B. nur die rechte Bremse gezogen wird, so wird durch den stärkeren Widerstand auf der rechten Seite eine Rechtskurve eingeleitet. Durch die Fliehkraft der Kurve wird der Pilot nach links gedrückt und die Schirmkappe rollt nach rechts in die Kurve. Der Effekt des rechtsseitigen Bremsens übersteigt also die rechtsseitige Erhöhung des Auftriebs. Zusätzlich kann der Pilot auch durch seitliche Gewichtsverlagerung im Gurtzeug den Kurvenflug einleiten bzw. unterstützen. alternativtext=Erfundene Beispielpolare eines Gleitschirms, die die Sinkgeschwindigkeit im Verhältnis zur Vorwärtsfahrt zeigt.|mini|Geschwindigkeitspolare eines Gleitschirms Die Geschwindigkeit des Gleitschirms wird durch gleichsinnige Betätigung der Bremsleinen im Bereich zwischen Trimmgeschwindigkeit und Stall gesteuert. Ergänzt wird dies durch den Beschleuniger: ein mit dem Fuß betätigter Mechanismus zur Verkürzung der vorderen Leinenebenen, der den Anstellwinkel des ganzen Schirms verringert und so eine Erhöhung der Geschwindigkeit über die Trimmgeschwindigkeit hinaus ermöglicht.

Die Trimmgeschwindigkeit wird auch als Geschwindigkeit des „besten Gleitens“ bezeichnet. Erflogen wird diese, indem der Pilot seine Bremsen vollständig nach oben führt und dadurch komplett öffnet. In diesem Flugzustand erzielt der Gleitschirm seine beste Gleitleistung. Wird die Bremse aus der Trimmgeschwindigkeit heraus betätigt, muss zunächst der Leerweg überwunden werden. Sobald die Bremsleinen Zug auf das Segel ausüben, setzt die Bremswirkung ein. Zunächst verringert sich dabei die Sinkgeschwindigkeit, bis der Punkt des geringsten Sinkens erreicht ist. In diesem Zustand sinkt der Gleitschirm weniger stark als bei Trimmgeschwindigkeit, verfügt jedoch über eine geringere Vorwärtsfahrt – die Gleitleistung nimmt entsprechend ab. Wird der Gleitschirm weiter angebremst, nimmt die Vorwärtsfahrt weiter ab, während die Sinkgeschwindigkeit wieder zunimmt. Der Gleitschirm kann bis zur Minimalgeschwindigkeit abgebremst werden. Ein Abbremsen über die Minimalgeschwindigkeit hinaus führt dazu, dass die Luftströmung durch die Vergrößerung des Anstellwinkels abreißt. Sinkgeschwindigkeit und Vorwärtsfahrt lassen sich in einem Polardiagramm als Geschwindigkeitspolare anschaulich darstellen.

Im Gegensatz zu Starrflügel-Flugzeugen können bei Gleitschirmen Drehungen um Längs- und Querachse nur sehr begrenzt gesteuert werden. Sie werden durch den tief hängenden Schwerpunkt im Wesentlichen von Schwerkraft und Fliehkraft vorgegeben. Das vereinfacht einerseits das Steuern in ruhiger Luft. Andererseits neigt ein solches System in Turbulenzen zum gefährlichen Aufschaukeln um Längs- und Querachse, dem der Gleitschirmpilot aktiv entgegensteuern muss, insbesondere weil ein Gleitschirm bei zu geringen Anstellwinkeln zusammenklappt und seinen Auftrieb verliert.

Technische Daten Die Kappe von einsitzigen Gleitschirmen hat eine ausgelegte Fläche von ca. 20 bis 35 m² und eine Spannweite von 10 bis 13 m. Tandemschirme für den Flug mit Passagier haben eine Fläche von bis zu 43 m².

Gleitschirmmodelle werden in mehreren Größen für verschiedene Gewichtsbereiche angeboten. Das minimal und maximal zulässige Fluggewicht ist bei zugelassenen Geräten vom Hersteller vorgegeben. Es liegt zwischen 55 kg bei Schirmen mit kleiner Fläche und endet bei einsitzigen Gleitschirmen bei ca. 130 kg, Tandemschirme können bis zu 250 kg in die Luft bringen. Das Fluggewicht berücksichtigt das Gewicht des Piloten (inkl. Bekleidung), Gurtzeug, Gleitschirmkappe, Rettungsgerät, Packsack und sonstige mitgeführte Dinge. Für die Ausrüstung ist je nach Einsatzgebiet mit etwa 5–25 kg zu rechnen.

2018 wurde der erste Gleitschirm veröffentlicht, der unter einem Kilogramm wog.

Bei maximaler Zuladung eines Gleitschirms wird die höhere Flächenbelastung (kg/m²) in Vorwärtsgeschwindigkeit umgesetzt bei gleichzeitig zunehmender Sinkgeschwindigkeit. Der Gleitschirm zeigt nun ein dynamischeres Flugverhalten, das sich unter anderem in einem besseren Steuerverhalten zeigt. Steuerimpulse werden schneller in Richtungsänderungen umgesetzt. Vor allem in der Disziplin Gleitschirmakrobatik ist diese Eigenschaft erwünscht, so dass diese Piloten vielfach am oberen Ende des Gewichtsbereichs oder gar über dem Gewichtslimit fliegen.

Beim Minimalgewicht folgt daraus eine kleine Flächenbelastung des Schirms. Der Gleitschirm hat zwar eine geringere Sinkgeschwindigkeit, aber auch eine geringere Vorwärtsgeschwindigkeit und zeigt eher eine instabile Flugbahn, die oft mittels Steuerimpulsen stabilisiert werden muss.

Musterprüfung und Klassifizierung