FVA 14: Ringflügel

Wenige Jahre nach dem 2.Weltkrieg wurde in Aachen wieder ein Lehrstuhl für Flugzeugbau eingerichtet, und die FVA konnte mit Recht auf fachwissenschaftliche Unterstützung hoffen. Man entschied sich dafür, ein sehr unkonventionelles und spektakuläres Projekt in Angriff zu nehmen: die Konstruktion eines Ringflügelsegelflugzeuges. Das Ziel der Arbeiten war, die Flugeigenschaften eines solchen Flugzeuges zu untersuchen. Wegen des Wegfalls nichttragender Teile erhoffte man zum einen minimales Baugewicht, zum anderen eine gewisse Überlistung des induzierten Widerstandes, da scheinbar die Flügelenden fehlten. Außerdem schien ein solches von der Normalform abweichendes Projekt für eine studentische Vereinigung ein sehr geeignetes Studienobjekt, da hierdurch viele interessante Fragen der Aerodynamik, der Festigkeit und der Fertigung auftraten. Natürlich wollte man sich nicht mit theoretischen Berechnungen und Windkanalmessungen zufrieden geben, man wollte vielmehr das Projekt bis zur Fertigstellung einer flugfähigen Großausführung durchziehen. Ein kleines Moddl eines Ringflügels war bereits erfolgreich geflogen.
In der „Kleinen Aachener Luftsport-Zeitung“, erschien im Mai 1952 ein Artikel, der sich mit den besonderen Eigenschaften eines Ringflügels befasste. Daraus wird deutlich, aus welchen Überlegungen heraus das Projekt FVA-14 entstanden war:“Es wäre als nächstes etwas über die Aerodynamik des Ringflügels zu sagen. Recht interessant ist ein kleiner physikalischer Versuch. Man lasse eine Kreisscheibe aus Papier, die mit einer Büroklammer beschwort ist, zu Boden sinken und ermittle die Sinkgeschwindigkeit! Man wird dabei feststellen, dass die Sinkgeschwindigkeit abnimmt, wenn man in der Mitte der Kreisscheibe ein Loch mit einem genügend großen Durchmesser einschneidet. Das Ergebnis dieses Versuches rechtfertigt die Entwicklung vom Kreisscheibenflügel zum Ringflügel. Die Eigenschaften des Ringflügels weichen zumindest in der Sinkgeschwindigkeit erheblich von denen des reinen Kreisscheibenflügels ab. Das Abreißen der Strömung erfolgt beim Ringflügel nicht so plötzlich wie beim Kreisscheibenflügel. Auch ist die Gleitstabilität beim ersteren wesentlich größer.

Betrachtet man nun ein Flugzeug genauer, so stellt man fest, dass es zwei Hauptelemente sind, die dieser Maschine das Fliegen ermöglichen: Es sind die Tragflächen, die den Auftrieb erzeugen und das Leitwerk, das die Tragflächen steuert und ihnen die notwendige Lagestabilität verleiht. Die Anordnung dieser beiden Elemente zueinander kann recht verschieden sein. Das Leitwerk kann als Schwanz hinter den Tragflächen angeordnet, es kann aber auch vor oder an ihnen befestigt sein. Die verschiedenen Konstruktionen, die als „Nurflügel“, „Ente“ etc. bezeichnet werden, sind allgemein bekannt. In allen diesen Fällen hat das Leitwerk die Aufgabe, eine Hebelkraft in bezug auf den Schwerpunkt des Flugzeuges auszuüben.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass man als Steuerelement eine zweite Tragfläche nimmt. Die zwei Tragflächen sollen sich gegenseitig steuern. Bei dieser Anordnung muss jedoch in allen Fluglagen bei verschiedenen Anstellwinkeln) die vordere Fläche den größeren effektiven Anstellwinkel besitzen. Der Schwerpunkt muss also der vorderen Fläche näher liegen als der hinteren. Wir gelangen so zu der Konzeption eines stabilen Tandem-Flugzeuges.

Werden bei dieser Tandem-Anordnung nun die Enden der vorderen Tragfläche nach hinten ausgeschweift und die der hinteren Tragfläche genau so nach vorn, so dass die Enden beider ineinander übergehen, so erhalten wir ein ringförmiges Tragflächensystem. Es ist dabei nicht wichtig, ob dieses System rund, oval oder dreieckig ist.

Die aerodynamischen Eigenschaften dieser ringförmigen Tragflächensysteme sind noch nicht völlig erforscht. Es ist jedoch bewiesen, dass man längsstabile Flugapparate auf der Grundlage dieser Systeme bauen kann. Einige Typen dieser Flugzeuge zeigten ganz bemerkenswerte Flugeigenschaften. Es ist auch durchaus als möglich anzunehmen, dass der induzierte Widerstand bei Ringflügeln geringer ist als bei normalen Tragflächen mit gleichem Seitenverhältnis.

Wie die Kreisscheibenflügel haben auch die Ringflügel die bemerkenswerte Eigenschaft, dass die Auftriebskraft bis zu verhältnismäßig großen Winkeln herauf ständig mit dem Anstellwinkel steigt, ohne dass ein plötzliches Überziehen und Abreißen der Strömung erfolgt. Bei allen bisher bekannt gewordenen Typen scheint der maximale Auftrieb bei einem Anstellwinkel von etwa 30° zu liegen. Da derart große Anstellwinkel beim Fliegen nicht unbeabsichtigt auftreten, ist es durchaus zu verstehen, dass Flugzeuge mit Ringflügeln sehr gute Flugeigenschaften besitzen.

Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft des Ringflügels stellte der Engländer Tilgham Richards fest. Er fand heraus, dass das Druckzentrum derartiger Flügelsysteme während des Fluges fast stationär ist oder dass man ein Wandern des Druckzentrums erreichen kann, das praktisch bis zu einem Anstellwinkel von 18° stabil ist. Bei Ringflügeln ist tatsächlich bisher kein Fall von Längsinstabilität bekannt geworden, obwohl man den Schwerpunkt oft verhältnismäßig weit nach hinten verlegt hat.“

Leider konnten unter den damaligen Umständen die ersten Windkanalversuche erst 1955 im Windkanal der staatlichen Maschinenbauschule durchgeführt werden und auch die theoretischen Untersuchungen nur sehr langsam abgeschlossen werden, so dass der Bau der Großausführung weiter fortgeschritten war, als die wissenschaftliche Erforschung und Berechnung des Projekts das in normalen Zeiten zugelassen hätten. Bei den Windkanaluntersuchungen stellte sich heraus, dass der Ringflügel gegenüber Normalflugzeugen auch Nachteile besitzt.

Das Längsstabilitätsverhalten wies eine böse Unart auf: Im Schnellflug hatte das Flugzeug die Tendenz, über ein kopflastiges Moment die Rückenfluglage aufzusuchen. Eine in gewissen Grenzen mögliche Verbesserung der Flugeigenschaften führte wegen der sehr kleinen Streckung zu erheblichen Einbußen an Flugleistungen. Diese Änderungen hätten umfangreiche und kostspielige Umbauten an der im Rohbau fast fertigen Großausführung bedingt. Unter diesen Umständen verzichtete die FVA auf eine Fertigstellung der Großausführung. Nach weiteren zwei Jahren wurde der Rohbau, weil er zuviel Platz in der Werkstatt benötigte, von den FVAlern mit Beilhieben zertrümmert.

Böse Zungen behaupten, der „Ringflügel“ sei irrtümlich um einen Werkstattpfeiler herumgebaut worden und habe deswegen zertrümmert werden müssen!