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Landeklappen – Das bewirken die gängigen Auftriebshilfen

Remos G3 mit gesetzten Landeklappen
Remos G3 mit gesetzten Landeklappen

Landeklappen (oft auch als Auftriebshilfen oder Flaps bezeichnet) befinden sich an nahezu jedem Ultraleichtflugzeug. Die Landeklappen sind ein beweglicher Teil an der Tragfläche eines Flugzeugs. Sie befinden sich in der Regel an der Hinterseite der Tragfläche, rumpfseitig direkt neben den Querrudern. Landeklappen lassen sich für bestimmte Situationen in verschiedene Stellungen bringen. Da die Aerodynamik eines Flugzeugs grundsätzlich für den Reiseflug ausgelegt ist, ermöglichen Landeklappen, die Aerodynamik für besondere Flugmanöver wie Start und Landung den Anforderungen anzupassen. Durch das Aus- und Einfahren verändern Sie den Flächeninhalt der Tragflächen und/oder die Profilwölbung und sorgen so für mehr Auftrieb. Flugzeuge sind dadurch schon bei sehr geringen Geschwindigkeiten flugfähig.
Neben der Funktion, mehr Auftrieb zu erzeugen, sorgen ausgefahrene Landeklappen gleichzeitig auch für mehr Luftwiderstand. Dies ist zum Beispiel bei Landeanflügen hilfreich, da diese vor allen Dingen im Bereich Ultraleichtfliegen oft steil, aber trotzdem mit geringer Geschwindigkeit erfolgen müssen.
Es gibt viele verschiedene Arten von Landeklappen, die wir in diesem Artikel einführend erläutern möchten. Hierbei haben wir die sogenannten Vorflügel oder auch Slats – das sind Auftriebshilfen an der Profilnase einer Tragfläche – außen vor gelassen, da diese bei Ultraleichtflugzeugen für gewöhnlich nicht eingesetzt werden. Weiter haben wir seltener eingesetzte Sonderformen (Gouge-, Fairey-Youngman- oder Zap Flap) ebenfalls außer Acht gelassen, um uns auf die wesentlichen und tatsächlich an Ultraleichtflugzeugen eingesetzten Auftriebshilfen zu konzentrieren.

Wölbklappen (Plain Flaps)

Wölbklappen

Die Wölbklappe ist die am häufigsten eingesetzte Art der Landeklappe an Ultraleichtflugzeugen. Das liegt daran, dass es sich bei der Wölbklappe um die einfachste Form der Landeklappe handelt. Die Wölbklappe ist technisch unkompliziert und nicht zuletzt dadurch gewichtssparend. Die Wölbklappe ist prinzipiell nichts anderes als eine nach unten schwenkbare Tragflächenhinterkante und an vielen gängigen Ultraleichtflugzeugen wie z.B. der C42 oder dem SkyRanger verbaut. Bei einigen Ultraleichtflugzeugen sind die Landeklappen übrigens zusätzlich mit den Querrudern gekoppelt. Diese werden beim Ausfahren der Landeklappen gleichsinnig mit abgesenkt. Diese Technik kommt beispielsweise bei der FK9 Mark IV zum Einsatz.
Ausgefahrene Wölbklappen sorgen – wie der Name bereits vermuten lässt – für eine größere Wölbung des Profils. Hierdurch wird mehr Auftrieb, gleichzeitig aber auch Widerstand erzeugt, um steile und trotzdem langsame Anflüge zu ermöglichen.
Bei Ultraleichtflugzeugen lassen sich Wölbklappen in der Regel in drei vom Hersteller vorgegebene Stellungen bringen, wobei eine dieser Stellungen die eingefahrene Klappenstellung (0°) ist. In Stufe eins und/oder zwei wird die Wölbklappe in einen Winkel zwischen 0° und maximal 90° ausgefahren. Bei wenigen Ultraleichtflugzeugen gibt es darüber hinaus sogar eine weitere Stellung. Hierbei werden die Wölbklappen negativ, also nach oben ausgefahren. Diese Konfiguration minimiert den Widerstand der Tragfläche und eignet sich daher für den schnellen Reiseflug. Ein weit verbreitetes Ultraleichtflugzeug mit der Möglichkeit, die Klappen negativ auszufahren, ist die CT von Flight Design.

Spaltklappen (Slotted Flaps)

Spaltklappen

Die sogenannten Spaltklappen haben prinzipiell die gleiche Funktionsweise wie die oben bereits beschriebene Wölbklappe. Hier gibt es lediglich den großen Unterschied, dass zwischen der Klappennase und der Tragflächenhinterkante ein kleiner Luftspalt erzeugt wird. Durch diesen Spalt kann die Luft von der Profilunterseite auf die Profiloberseite strömen. Dadurch entsteht auf der Oberseite der Spaltklappe eine neue Grenzschicht. Die Strömung kann der Spaltklappe im Vergleich zu einer Wölbklappe dadurch wesentlich länger folgen, sodass Spaltklappen in vergleichsweise großen Winkeln ausgefahren werden können. Natürlich können auch Wölbklappen mit großen Winkeln ausgefahren werden, bei Spaltklappen löst sich die Strömung aufgrund des Spalts jedoch erst wesentlich später ab. Die Folge ist ein höherer Auftrieb und ein stabileres Flugverhalten gegenüber Flugzeugen mit Wölbklappen. Spaltklappen werden z.B. bei der MCR des Herstellers DynAero eingesetzt.
Die Spaltklappe gibt es auch in doppelter (Double Slotted Flap) und dreifacher (Triple Slotted Flap) Ausführung und ist als Erweiterung der Spaltklappe zu verstehen. Bei der doppelten und/oder dreifachen Ausführung werden weitere Spalte freigegeben. Durch jeden weiteren Spalt wird die Strömung auf die Oberseite des jeweiligen Klappenteils geleitet, um weitere neue Grenzschichten entstehen zu lassen. Auch hier ist das Ziel, die Strömung trotz vergleichsweise starker Wölbung nicht abreißen zu lassen, wodurch maximaler Auftrieb erzeugt wird.

Spreizklappen (Split Flaps)

Spreizklappen

Bei der Spreizklappe wird nur der untere Teil der Tragflächenhinterkante nach unten geschwenkt, während das Profil auf der Oberseite der Tragfläche unverändert bleibt. Die Konstruktion einer Spreizklappe ist technisch gesehen einfach. Darüber hinaus hat sie den Vorteil, dass sie ohne weiteres sehr groß ausgelegt werden kann.
Aerodynamisch gesehen hat die Spreizklappe gegenüber der Wölb- oder Spaltklappe allerdings mehr Nach- als Vorteile. Das Problem der Spreizklappe ist, dass der Auftrieb zwar gleichermaßen gesteigert werden kann, der produzierte Widerstand in der Regel jedoch höher ist, als der einer Wölb- oder Spaltklappe. Der Widerstand ist sogar so hoch, dass die Spreizklappe sinnvoller als Bremsklappe, nicht aber als Auftriebshilfe eingesetzt wäre. Beim Einsatz in Tiefdeckern ist ein weiterer Nachteil , dass das korrekte Ausfahren der Klappen nicht vom Pilot überprüft werden kann. Durch das Stehenbleiben der Profiloberseite kann der Pilot keinen Sichtkontakt zur Landeklappe herstellen und ist daher gezwungen, entsprechenden Anzeigen im Cockpit zu vertrauen.
Es gibt immer noch einige Ultraleichtflugzeuge, die das Prinzip der Spreizklappe einsetzen, obwohl die Spreizklappe als unvorteilhaft gilt. Das wohl bekannteste Ultraleichtflugzeug mit Spreizklappen ist der EuroStar von Evektor.

Fowler-Klappen (Fowler Flaps)

Flowler-Klappen

Bei den Fowler-Klappen handelt es sich im Vergleich zu den zuvor vorgestellten Auftriebshilfen um ein relativ komplexes System. Fowler-Flaps sind eine Mischung aus Wölb-, Spalt- und Spreizklappen. Die Fowler-Klappe wird auf der Unterseite der Tragfläche erst nach hinten gefahren und danach allmählich abgesenkt. Zunächst wird also der Flächeninhalt der Tragfläche künstlich erweitert, sodass auch die Profiltiefe maßgeblich ansteigt. Danach werden die Klappen in bestimmten Winkeln nach unten geschwenkt, um das Profil zusätzlich zu wölben. Darüber hinaus entsteht hierbei ein kleiner Spalt, sodass eine neue Grenzschicht erzeugt wird.
Die Fowler-Klappe kann als Multitalent unter den Auftriebshilfen bezeichnet werdenschlägt gleich drei Fliegen mit einer Klappe. Durch die Erhöhung der Profiltiefe, wird die Fläche der Tragfläche so vergrößert, dass allein hierdurch mehr Auftrieb erzeugt wird. Der entscheidende Vorteil gegenüber anderen Klappensystemen ist der zunächst nur geringe und nicht überproportionale Anstieg des Widerstands. Durch das Absenken der Fowler-Klappe nach dem Zurückfahren wird das Profil dann gewölbt. Auch hierdurch entsteht mehr Auftrieb und gleichzeitig Widerstand, um langsame Anflüge meistern zu können. Zudem kann die Strömung der Klappe durch den freigegebenen Spalt länger folgen.
Das bekannteste Ultraleichtflugzeug, in dem Fowler-Klappen eingesetzt werden, ist die FK14 Polaris des Herstellers FK Lightplanes. Fowler-Klappen können einfach oder auch mehrfach ausgefahren werden, sodass weitere Spalte erzeugt werden. Dieses Prinzip wird z.B. bei den eingesetzten Flugzeugen des Herstellers Boeing (u.a. 737, 747) eingesetzt.

Junkers-Doppelflügel (Junkers Flaps)

Junkers-Doppelflügel

Beim Junkers-Doppelflügel ist die Auftriebshilfe wie eine eigene Tragfläche angebracht. Sie befindet sich in der Regel nach hinten versetzt hinter der Tragflächenhinterkante. Dadurch ist der Junkers-Doppelflügel gegenüber den anderen Auftriebshilfen recht autark angebracht und könnte sogar als zusätzliche Steuerhilfe (zur Unterstützung der Querruder) eingesetzt werden. Nicht zuletzt dadurch werden die Langsamflugeigenschaften und auch die Steuerbarkeit über die Längsachse maßgeblich verbessert. Gegenüber der Wölb- und Spaltklappe erzeugt der Junkers-Doppelflügel zwar generell mehr Auftrieb, sorgt allerdings – vor allem im Reiseflug – für sehr viel mehr Widerstand.
Der Junkers-Doppelflügel ist vor allem an Oldtimern, wie der bekannten Junkers Ju 52 zu sehen und wird häufig im STOL-Bereich (Shot Take Off Landing) eingesetzt. Bekannte Ultraleichtflugzeuge mit dem Prinzip des Junkers-Doppelflügel sind z.B. die CH 701 von Zenair oder die Savannah des Herstellers ICP.

Fazit

Auftriebshilfen sind für Start- und Landung sehr wichtig. Beim Start benötigen wir viel Auftrieb bei möglichst geringem Widerstand. Bei der Landung benötigen wir ebenfalls viel Auftrieb, mäßigen Widerstand und trotz steil angestellter Landeklappen eine möglichst gute Steuerbarkeit. Die oben vorgestellten Systeme haben alle ihre Stärken, aber teilweise auch maßgebliche Schwächen. Zusätzlich gilt es, bei Ultraleichtflugzeugen den Kompromiss zwischen Gewicht und Technik einzugehen. Aus diesem Grund wird der Einsatz sehr komplexer Systeme oft vermieden. Denn je komplexer ein System, desto höher ist auch das Gewicht. Darüber hinaus können komplexere Systeme fehleranfälliger als einfache Systeme sein.
Festzuhalten bleibt, dass Spreizklappen eher ein Auslaufmodell zu sein scheinen, da deren Funktion eher einer Bremsklappe als einer Auftriebshilfe ähnelt. Der Junkers-Doppelflügel hat seine Daseinsberechtigung im Bereich STOL, ist aber eher für den gemütlichen Reiseflug ausgelegt. Demnach bleiben laut unserer Bewertung drei passende Systeme für den Einsatz in Ultraleichtflugzeugen: Die Wölbklappe, die Spaltklappe und die Fowler-Klappe.
Während die Wölbklappe von der Konstruktion her die einfachste Form sein dürfte, hat die Spaltklappe den Vorteil, durch den entstehenden Spalt die Strömung länger anliegen zu lassen. Werden beiden Vorteile kombiniert, ergibt sich die sehr effektive Fowler-Klappe, die technisch allerdings mit einem vergleichsweise hohen Aufwand einhergeht.

Autor und Grafiken: Markus Horowski, Titelbild: Marie-Theres Hahn

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