Gleitschirmtest im Windkanal
Die nasse Gefahr

Sie lauert bei Regen, die Sackfluggefahr,und wurde unterschätzt. Heinz Götte erlebte sie im Massstab 1 : 1, kam aber mit Glück und Airbag heil davon. Manfred Kistler und Ralf Grösel, Entwickler von Skywalk, testeten im Massstab 1 : 2. Sie quälten ihre Modelle im Riesenwindkanal von Daimler-Chrysler und schauten, was so alles passiert.

Wo sonst nur moderne PKW und LKW der Firma Daimler-Chrysler auf ihre Windschlüpfrigkeit vermessen werden, waren im Herbst 2001 ganz andere Objekte zu Gast: Skywalk, der neue, deutsche Hersteller von Gleitschirmen (www.skywalk.info), Kites und Spezialspinnakern mit Sitz in Grassau am Chiemsee, konnte dank des guten Kontaktes zu den Daimler-Leuten mehrere Stunden lang Gleitschirme und Kite-Prototypen in allen denkbaren Konfigurationen vermessen. Warum der grosse finanzielle Aufwand für so einen gewaltigen Windkanal? Nun, ein Stoffflügel wird zusammengenäht. Dabei entstehen zwangsläufig Falten, weil sich das Material gegeneinander verschiebt und gerade Teile (z.B. Obersegelbahn) mit einem gekrümmten Teil (Profil) miteinander verbunden werden. Diese Nähfalten sind, egal in welchem Massstab man den Gleitschirm näht, annähernd gleich gross. Der Einfluss der Falten auf die Strömung nimmt aber in dem Mass zu, wie man den Gleitschirm verkleinert. Das heisst schliesslich: je kleiner der Schirm, desto weniger aussagekräftig die Ergebnisse!
Auch die Oberfläche des Stoffs sowie die Leinen müssten dem Modell entsprechend skaliert sein, und hier stösst man sehr schnell an die Grenzen der Machbarkeit. Was beim starren Flugmodell noch kein Problem darstellt, ist beim Gleitschirm nicht lösbar. Skaliert man den Massstab herunter, auf sagen wir 1:5 (dann hätte der Gleitschirm immer noch mehr als 2 m Spannweite), dann muss man, um die Messungen vergleichen zu können, auch die Geschwindigkeit des Luftstromes um den Faktor 5 erhöhen. Das heisst in diesem Fall von 37 km/h (angenommene Trimmgeschwindigkeit) auf 185 km/h! Auch hier können viele Windkanäle von Universitäten oder Fachhochschulen nicht mehr mithalten. Weil aber die Verformung an den Profilen sehr interessiert, verbietet sich der Einsatz starrer Modelle.

Wirbelbildung am Flügelende,
Innenansicht des Wirbels.

 Wollfäden zur Visualisierung von Strömungsablösungen.

Turbine des Windkanals.

Angelegte Ohren.

 Eingeklappter Gleitschirm.

Angelegte Ohren – Auftriebswerte. Linke Zahlenreihe (Ordinate): Auftrieb in N. Untere Zahlenreihe (Abszisse): 1: v = 40 km/h, 2: v = 40 km/h (angelegte Ohren), 3: v = 60 km/h, 4: v = 60 Km/h (angelegte Ohren).
Manfred Kistler und Ralf Grösel:
Vorbereiten eines Modells.		 Induzierter Randwirbel, Aussenansicht. Schirm angebremst: Bild von oben.

125-m-Windkanal
Der Daimler-Chrysler-Windkanal hat beeindruckende Dimensionen: Länge 125 m, Querschnittsfläche der Düse 32 m2, Antriebsleistung 5000 kW (6800 PS), maximale Windgeschwindigkeit 250 km/h, Luftmenge 9000 m3. Auch sonst: Alles nur vom Feinsten. Die Luftgeschwindigkeiten können auf 0,1 km/h genau geregelt werden. Rauchsonden ermöglichen eine ideale Beobachtung von Luftströmung und Wirbelausbildung, ein schwarzer Fotohintergrund kann bei Bedarf von der Decke gelassen werden, begehbare Bühnen ermöglichen Fotos von oben.
Der Gleitschirm wird an einer 6-Komponenten-Waage befestigt, und sämtliche Kräfte werden ans Rechenzentrum übertragen, wo die computergestützte Datenspeicherung und Auswertung stattfindet. Aussergewöhnlich gut sind in diesem Kanal auch die Strömungsverhältnisse. Das heisst, es treten sehr wenig Verwirbelungen auf, die vergleichende Messungen erschweren.

Versuchsmodell
Die Entscheidung fiel auf einen Gleitschirm im Massstab 1:2, weil die Kappe dann noch weit genug von den Kanalwänden entfernt ist (andernfalls kommt es zu Verfälschungen durch Turbulenzen an den Wandungen), der Zellabstand und die Faltenbildung aber noch wie bei einem modernen Hochleister in Originalgrösse sind. Als Basis für die Windkanalmodelle diente der mitten in der Entwicklung steckende Skywalk Intermediate «Hype». Die Messmodelle hatten eine Spannweite von ca. 6 m und eine Leinenlänge von 3,7 m. Die Leinen wurden, um dem Skalierungsmassstab gerecht zu werden, aus 1 mm Dyneema (Stammleinen) bzw. 0,6 (Intermediate-Leinen) und 0,4 mm Dyneema (Topleinen) gefertigt.

Problemstellung
Die Entwickler bei Skywalk, Manfred Kistler und Ralf Grösel, hatten sich im Vorfeld der Messungen einige Versuche und Problemstellungen zurechtgelegt:

Um dem Massstab gerecht zu werden, wurden Messreihen mit Geschwindigkeiten von 36 km/h bis über 70 km/h gefahren. Was fehlte, war die Möglichkeit, den Beschleuniger zu aktivieren. Das aber ist für den nächsten Termin bereits vorgemerkt.

Ergebnisse
Die vorher gemachten Profilberechnungen waren leider ungenauer als gedacht. Die Abweichungen zu den erzielten Messergebnissen betrugen an die 20 %. Dies ist wahrscheinlich auf die aus nächster Nähe sogar mit blossem Auge erkennbaren Profilverformungen zurückzuführen. Auch der in der Simulation nicht berücksichtigte Einfluss der Falten mag eine gewisse Rolle spielen. Eines wurde allerdings auch deutlich: Die tendenziellen Aussagen aus der Simulation sind richtig, vergleichende Beurteilungen sind also prinzipiell möglich.
Das Phänomen Sackflug haben wir ausführlich untersucht. Der Einfluss des Profils mit seinen Parametern wie Nasenradius (Rundung des Profils direkt an der Nase), Öffnungslage, Dickenrücklage (Lage der grössten Dicke bezogen auf Profiltiefe) und so weiter ist geringer als angenommen.
Angelegte Ohren erhöhen die Nähe zum Sackflug ganz erheblich; das ist aus der Praxis bekannt. Die auf das Ohrenanlegen folgende Anstellwinkelerhöhung mit eigenen Augen zu sehen, ist allerdings beeindruckend, und es wird jedem klar, dass die Gefahr des Strömungsabrisses vehement zunimmt. Bei optimierter Profil- und Öffnungslagewahl sowie angepasster Position der Leinenaufhängungspunkte kann die Grenze zum Sackflug allerdings weit in den «grünen Bereich» hinausgeschoben werden. Beim «Hype» sind diese Werte entsprechend unseren Erfahrungen berücksichtigt.
Interessant ist auch die Vergrösserung des Kappengewichts. Zu diesem Zweck  wurden variable Gewichtsauflagen mit Klett an verschiedenen Stellen des Gleitschirms angebracht. Am empfindlichsten reagiert ein Gleitsegel, wenn das Gewicht in die Nähe der Hinterkante rutscht (leicht erklärbar über einen verlängerten Hebelarm). Ist das Gewicht in der Nähe des Profildruckpunktes aufgebracht, verträgt es wesentlich mehr, bis sich der Anstellwinkel markant erhöht. Umgerechnet auf einen «ausgewachsenen» Schirm reichen bei einem Standardprofil und normaler Schirmauslegung 4 – 5 kg im hinteren Bereich des Flügels (Oberseite), um den verbleibenden Steuerweg auf wenige Zentimeter zu reduzieren! Dies verdeutlicht auch in der Theorie das, was wir seit längerem aus der Praxis kennen: Wenn wir in einen Regenschauer einfliegen, erhöhen wir durch die auftretende Gewichtszunahme, einmal durch schwerer werdendes, weil Wasser aufsaugendes Tuch, zum anderen durch auf der Oberfläche im hinteren Bereich des Flügels liegen bleibendes Wasser, die Sackfluggefahr erheblich! Unfälle von Piloten, die im Regen flogen, gab es ja leider letztes Jahr einige. Der verbleibende Steuerweg minimiert sich durch die Gewichtszunahme, die Sackfluggrenze rückt gnadenlos näher. Bringt man noch mehr Gewicht auf, fällt der Schirm ohne weiteren Steuerleinenimpuls in den Sackflug.
Die Versuche zum Einklappen haben einige wichtige Erkenntnisse zum schnelleren Wiederöffnen gebracht. Da aber im Windkanal kein frei aufgehängter Pilot am Schirm hängt, muss man mit der Übertragung auf den real fliegenden Schirm etwas vorsichtig sein. Trotzdem, oder gerade deswegen, arbeiten wir mit Hochdruck an einem kaum klappbaren Prototypen. Die ersten Ergebnisse aus dem Windkanal stimmen optimistisch, das Einklappen eines Prototypen mit diesem Konzept war unter den Bedingungen im Windkanal nicht möglich.
Optimal sind die Beobachtungsmöglichkeiten des Flügelrandwirbels; dieser ist ja Ausdruck des induzierten Widerstandes, der einen erheblichen Einfluss auf die Flugleistung eines Gleitsegels hat. Hier bietet ein Windkanal mit der exakten Vermessung von Auftrieb und Widerstand sowie der sichtbaren Wirbelausbildung mittels Rauchsonde überaus gute Voraussetzungen für erfolgreiche Optimierungsarbeit.
Skywalk wird weiterhin Grundlagenforschung im Windkanal betreiben. Die praktischen Versuche und die Auswertung der Ergebnisse haben bereits neue Ansätze und Ideen produziert, wie Versuchsaufbau und Messung das nächste Mal optimiert werden können. Sollte bei anderen Herstellern Interesse an einer Zusammenarbeit bestehen, um die Wissensbasis auszuweiten, dann sind wir dafür jederzeit offen.

Manfred Kistler

Runter bei Regen
Ich fliege einen 2-er, der Schirm ist 19 Monate alt und hat ziemlich genau 300 Flüge und 200 Flugstunden. Am Fusse des Guaidone (Castelluccio, Italien) ist trübes Wetter und manchmal regnet es. Ich warte im Auto. Von der Forca di Presta herkommend sehe ich zwei Schirme; sie landen bei mir. Man plaudert etwas, der Regen hört auf und langsam setzt ein schöner Ostwind ein. Wir packen unsere Schirme aus und lassen uns den Hügel hochziehen. Der Wind ist noch etwas schwach, doch oben ist er stärker, und bald kann man soaren. Eine dunkle Wolke schiebt sich mehr und mehr über uns, und es fängt an zu regnen. Ich entscheide mich, so rasch wie möglich Schutz in meinem Wagen zu suchen. Ohren rein und Beschleuniger durchtreten. Ich komme zügig hinunter, die Höhe, ca. 30 – 40 m stimmt, so komme ich gerade beim Auto zu Boden. Beschleuniger los, dann die Ohren raus. Normalerweise öffne ich immer ein Ohr nach dem anderen, warum ich es heute nicht mache, weiss ich nicht mehr. Der Schirm reagiert aber nicht wie sonst, meine Ohren bleiben hängen wie zwei nasse Leintücher. Der offene Teil des Schirms scheint überhaupt keinen Staudruck mehr zu haben. Ich merke, dass ich rasch sinke. Irgendwie will ich es nicht wahrhaben, dass mein Flügel nicht mehr fliegt, und dass ich im Sackflug bin. Reflexartig probiere ich die linke Seite aufzupumpen. Noch in der Bewegung merke ich, dass das falsch ist und höre sofort auf damit. Der Schirm kippt leicht nach hinten, und ich sause fadengerade nach unten. Das Nächste, was ich wahrnehme, ist der Knall von meinem explodierten Airbag. Benommen stehe ich auf und habe Mühe mich zu orientieren. Es kommt mir so vor, wie wenn ich eben erwacht wäre. Der ganze Airbag ist aufgerissen.
Ich glaube nicht, dass ich genügend Zeit gehabt hätte, den Notschirm zu öffnen. Ich weiss, dass man an den A-Gurten ziehen oder den Beschleuniger betätigen soll. Für beides war zuwenig Zeit vorhanden. Hat denn ein nasser Schirm eine so extreme Sackflugtendenz? Ohne Airbag wäre ich bestimmt für einige Zeit im Spital. Ich bin abgestürzt! Und obwohl ich körperlich unverletzt aus dieser Situation herausgekommen bin: Meine Fliegerseele ist es nicht!
Heinz Götte

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