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Morphing – kontrollierte, umkehrbare Veränderung der Geometrie eines Flügels

von Wolfgang Völler

Geschichte

Seit Anbeginn der Menschheit träumt der Mensch davon, sich in die Lüfte zu erheben. Sich frei und ungebunden zu fühlen und wie ein Vogel durch den Himmel zu fliegen (Foto 1).

Schon Leonardo da Vinci war begeistert vom Aufbau eines Vogelflügels, seiner harmonischen Beweglichkeit und Anpassungsfähigkeit im Flug. Ganz zu schweigen von seiner filigranen Struktur (Foto 2). Daher basierte seine Vision eines Fluggeräts auf dem Vogelflügel.

Als Otto Lilienthal im 19. Jahrhundert begann, seine Fluggeräte zu bauen und zu fliegen – einfache, mit Stoff bespannte Holzkonstruktionen – und die erste Theorie der Aerodynamik aufstellte, in dem Bewusstsein, dass ein gewölbter Flügel mehr Tragkraft hat als ein flacher Flügel, erreichte er ein weiteres Ziel in der Luftfahrt (Fotos 3 und 4).

Im Laufe der Geschichte der Luftfahrt begannen die Forschungen zur Verbesserung der Tragflächen. Neue Formen, Profile und Querruder wurden eingebaut, um die Effizienz zu steigern. So wurden beispielsweise die deltaförmigen Tragflächen der Concorde eingesetzt, um Stabilität bei hohen Geschwindigkeiten zu gewährleisten.

Doch sie blieben starr.

Ein Turmfalke im Flug vor einem strahlend blauen Himmel.

Die Zukunft

Es ist kein Wunder, dass weltweit nach Möglichkeiten gesucht wird, die Flügel neu zu gestalten, und so ist man beim Morphing angelangt, einer reversiblen und variablen Verformung des Flügels.

Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise besteht darin, dass die gesamte Mechanik entfällt und die Oberfläche homogen bleibt.

Im Jahr 2021 stellte die ETH Zürich ein Modell eines Einflügels vor, der mit beweglichen Flügelenden ausgestattet ist, das

Handgezeichnete technische Skizze der Rumpfkonstruktion und der Takelage eines Schiffes.

Leonardo da Vinci.

Ein großes schwarzes Segelflugzeug, das an einem Deckenbalken aufgehängt ist.

Bionischer Nurflügler.

Eine Person, die mit einem Hängegleiter über einen Hang fliegt.

Otto Lilienthal.

1/3

Eine Person, die am Rand einer Klippe steht und eine Vorrichtung mit großer Flügelspannweite trägt.

Modell mit normalem Flügel.

1/2

Flügelprofil aus Kohlefaserverbundwerkstoff mit einem kleinen quadratischen Aufsatz.

Teil des beweglichen Flügels.

Flügelverkleidung.

Holzmodell eines Bootsrumpfs mit Aussparungen und inneren Verstrebungen.

Bionic Flying Wing (Fotos 5–7). Dokumentation auf YouTube verfügbar. Das elektrisch angetriebene Modell aus Carbon hat seinen ersten Flug erfolgreich absolviert.

Querschnitt des beweglichen Flügels im hinteren Bereich.

Zurück ins Tessin:

Die Modellbauergruppe GARIV ist bereit, die Diplomarbeit des Studenten Marco Fabio La Monica zu realisieren.

Es handelt sich um eine Diplomarbeit über einen beweglichen Flügel (Morphing), der an einem Hochflügelmodell montiert wird, um dessen Effizienz mit der eines herkömmlichen Flügels zu vergleichen.

Hier nun eine kurze Vorstellung des Projekts; der technische Teil wird in einer anderen Ausgabe vorgestellt.

Das Modellflugzeug: Rumpf und normaler Flügel bestehen aus einer klassischen Holzkonstruktion und sind bespannt. Der Antrieb erfolgt elektrisch. Der Morphing-Flügel ist hier im Querschnitt dargestellt, seine Struktur wird weiter unten erläutert.

Fotos: Internet, ETHZ, Wolf Voeller, Marco Fabio La Monica