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- Herausgeber: Project Gutenberg
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
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Seitenzahl: 351
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Innerhalb von Wurzelausdrücken ist der Bruchstrich als / dargestetllt. Das Cover wurde im Rahmen der Transkription erstellt und ist frei von Urheberrechten. Anmerkungen zu Änderungen befinden sich am Ende des Buches.DIELUFTSCHIFFAHRTDERGEGENWART.
[S. ii][S. iii]
DIE
LUFTSCHIFFAHRT
DER
GEGENWART.
Von
Hauptmann HERMANN HOERNES.
MIT EINER TAFEL UND 161 ABBILDUNGEN.
WIEN, PEST, LEIPZIG.
A. HARTLEBEN'S VERLAG.
1903.
ALLE AUTOREN-RECHTE, INSBESONDERE DAS RECHT DER ÜBERSETZUNG IN FREMDE SPRACHEN VORBEHALTEN.
DRUCK VON FRIEDRICH JASPER IN WIEN.
VORWORT.
Nimmt man verschiedene Zeitungsblätter zur Hand, so stößt man fast jeden Tag auf irgend eine Notiz aëronautischen Inhaltes. Betrifft diese »sportliche Fahrten mit Ballons« oder Berichte über »lenkbare Ballons«, »Flugmaschinen« oder »simultane Ballonfahrten« u. dgl. m., stets wird dem Leser zugemutet, auf einem Gebiete bewandert zu sein, das, nach Ansicht des Laien, eigentlich noch gar keine Berechtigung hat, das Tagesgespräch zu bilden, ist doch dem Menschen die Beherrschung des Luftozeans noch immer nicht gelungen! Die rege Beteiligung der Presse an einem Schmerzenskinde der Menschheit läßt uns aber erkennen, wie tief das Interesse an der Sache der Luftschiffahrt trotzdem allenthalben ist.
Es äußert sich nicht nur in der Beteiligung an den zahlreichen Luftschiffer-Vereinen und Aëro-Klubs, an den Auffahrten und wissenschaftlichen Untersuchungen etc., sondern wird auch bestätigt durch die zahlreichen, stets wiederkehrenden Projekte, Anfragen und Nachrichten aus dem Laien-Publikum. Die Erfahrung lehrt, wie schwierig es solchen Personen, welche nicht fachmännisch gebildet sind, wird, aus dem großen Wuste der widersprechendsten Nachrichten sich zurecht zu finden.
Es war daher meine Absicht, in einer allgemein verständlichen Weise den Umfang und das Wesen der aëronautischen Bestrebungen der letzten Jahre zu erläutern, den Leser mit den hervorragenderen Leistungen auf dem Gebiete des sogenannten Kunstfahrens bekannt zu machen und ihn in weiterer Folge über die Bestrebungen der Aëronautik (Ballontechnik) und Aviatik (Flugtechnik) der allerletzten Jahre zu informieren.
Von einer Behandlung der Militär-Aëronautik wurde abgesehen, weil sie später in einer eigenen Schrift erörtert werden soll.
Eine rein theoretische Behandlung des Stoffes schien demnach von vorneherein ausgeschlossen.
Die vorliegende Schrift wendet sich somit nicht so sehr an die Fach-Aëronauten, obwohl sie auch diesen, wegen der darin enthaltenen Übersichtlichkeit des Stoffes und als Nachschlagebehelf nicht unwillkommen sein dürfte, sondern an den großen Kreis jener, welche den Bestrebungen der Luftschiffahrt überhaupt sympathisch gegenüberstehen.
Entschieden hat bis jetzt ein in deutscher Sprache abgefaßtes Werk, welches die vielen Gebiete der Luftschiffahrt in einer auch dem Laien verständlichen Weise erörtert, gefehlt. Diese Lücke soll durch die Herausgabe dieses Buches nach Möglichkeit ausgefüllt werden.
Als hauptsächlichste Quellen wurden benützt: vor allen die »Illustrierten, aëronautischen Mitteilungen«, dann die »Zeitschrift für Luftschiffahrt«, »Velo«, »l'Auto-Velo«, »Allgemeine Sportzeitung«, »l'Aérophile«, »Aeronautics«, »The Aeronautical Annual« und meine eigenen Schriften.
Der sehr rührigen Verlagsbuchhandlung danke ich bestens für ihre warme Unterstützung.
So möge denn dieses Werk hinaus in alle Welten wandern und dem Leser verkünden, was die Luftschiffer treiben, wie sie den Gelehrten nützen und was die Flugtechniker arbeiten, um einst dem entzückten, nimmer ruhenden Menschen freibestimmend das Antlitz der Erde aus dem Reiche der Lüfte zu zeigen.
Korneuburg.
DER VERFASSER.
INHALTS-VERZEICHNIS.
FIGURENVERZEICHNIS.
I. Kapitel. Vorbegriffe.
1. Die Luft.
Das Studium der Eigenschaften der atmosphärischen Luft bildet die Basis aller flugtechnischen Betrachtungen.
Im gewöhnlichen Leben nimmt man von der Existenz der Luft nicht viel Notiz. Sie als einen wirklichen Körper zu betrachten, fällt uns in der Regel nicht ein und doch muß man dies, denn die einzelnen Flugobjekte durchfliegen nicht nur die Luft, sondern diese ist auch jenes wichtige und gewichtige Medium, welches einerseits die erforderliche Tragkraft liefert, anderseits den zu überwindenden Widerstand leistet.
Es kann nicht Aufgabe dieser Zeilen sein, die für die Flugtechnik so wichtigen Eigenschaften der Luft alle detailliert zu besprechen. Ihre eingehende Behandlung fällt teils in das Gebiet der Physik, teils in jenes der Meteorologie und würde für sich allein einen stattlichen Band ausmachen. Nur flüchtig soll daher auf das weite Gebiet dieses Themas hingewiesen und jedem ernsten Flugtechniker ans Herz gelegt werden, sich wohl vertraut zu machen, nicht nur mit der Zusammensetzung der Luft, sondern auch mit den so variierenden Temperaturverhältnissen, der Abnahme der Wärme mit der Höhe, den Vorsichten bei der Messung der Temperaturen, dem Drucke und dem Gewichte der Luft, dem Einflusse der einzelnen Faktoren auf die verschiedenen Eigenschaften der Luft, der Feuchtigkeit, respektive dem Wassergehalte der Luft, der Bildung der Niederschläge, der Bewölkung etc. Auch die akustischen, optischen und elektrischen Erscheinungen der Atmosphäre, sowie insbesondere die Elastizität der Luft, sind Eigenschaften, welche den Luftschiffer intensiv interessieren.
Man nahm einst an, die Verhältnisse zwischen Luft und Wasser seien sehr ähnlich, was jedoch nicht in dem Maße der Fall ist, als man, besonders früher, glaubte. Abgesehen davon, daß ja die Luft circa 777mal leichter als das Wasser ist, ist sie weit leichter zusammendrückbar als letzteres und ihm an Elastizität unendlich überlegen. Deshalb sind, wie neuere Forschungen immer mehr dartun, die von Experimenten mit Wasser herrührenden Erfahrungsresultate keineswegs so ohne weiteres auch auf die Luft zu übertragen.
Von besonderer Bedeutung ist das mit der Höhe abnehmende spezifische Gewicht der Luft. Dieses ist sehr variabel, also bei weitem kein konstanter Wert, sondern abhängig von der jeweilig herrschenden Temperatur und dem Barometerstande, in geringem Maße auch von dem vorhandenen Grade der Feuchtigkeit.
2. Der Wind.
Ein weiteres, sehr beachtenswertes Element, mit dem die Flugtechnik rechnen muß, ist der Wind.
Dieser ist nichts anderes, als in Bewegung begriffene Luft. Er entsteht durch Druckunterschiede in der Atmosphäre, indem Luft aus den Bereichen höheren, in die niederen Druckes fließt.
Während die Meteorologie sich zumeist mit der Ermittlung der Hauptwindrichtung und der durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten, deren täglichen Perioden, der Verteilung des Windes auf der Erde und dem gesetzmäßigen Auftreten beider, den Schwankungen u. dgl. befaßt, studiert die Flugtechnik außerdem noch die Einwirkung des Windes auf die Flugobjekte, die in kleinen Intervallen auftretenden primären und sekundären Schwankungen des Windes, der vertikalen und horizontalen Richtung und der Geschwindigkeit nach.
Bezüglich der Windarten unterscheiden wir zwischen gleichmäßig wehendem Wind, welcher in der Natur zumeist nur für wenige Augenblicke vorkommt und zwischen stoßweisem Wind, welcher, wenigstens in der Nähe der Erdoberfläche, als die Regel angenommen werden muß.
Alle Berechnungen können sich nur auf die erstere Gattung des Windes beziehen; jedoch muß man sich die letztere Eigenschaft des Windes dabei stets vor Augen halten. Die Unbeständigkeit der Luftströmungen zeigen uns (in größeren Höhen) nicht nur die Wolken und die Ballonfahrten an, sondern auch (in den niederen Schichten der Atmosphäre) der aus den Schornsteinen aufsteigende Rauch, die wirbelnden Blätter, der Staub, das Treiben des Schnees, das Wogen der Saatenfelder, das Rauschen der Wälder etc.
Zum Messen der Windgeschwindigkeiten hat man in neuester Zeit besonders sinnreiche Apparate konstruiert, welche auch die in kleinen Zeiträumen wiederkehrenden Fluktuationen des Windes zu beobachten gestatten. Es sei hier unter anderem auf die Apparate von Lilienthal, Wellner und Langley kurz verwiesen, sowie auf meine in der Broschüre »Ballonbeobachtungen und deren graphische Darstellung« enthaltenen Anweisungen darüber.
Versuche und Messungen ergeben, daß die Windgeschwindigkeiten innerhalb nur weniger Sekunden sehr bedeutend differieren, so daß (wenn man sich die Zeiten auf einer Abszissenachse, die Geschwindigkeiten auf einer Ordinatenachse aufträgt) selbe durch größere oder kleinere Wellenlinien wiedergegeben werden, in deren auf- und absteigenden Ästen wieder sekundäre Schwankungen auftreten.
Die bisherigen Versuche zeigten, daß der Ablenkungswinkel gegen die mittlere Windrichtung oft 10-20 und mehr Grade beträgt, die Differenzen des Neigungswinkels der jeweiligen Windstriche gegen die Horizontale übersteigen nicht selten selbst im ebenen Terrain 5-6 Grade. Eine mechanische Ausnützung dieses Umstandes durch Flugobjekte ist schwer denkbar. Trotzdem muß man diese Eigentümlichkeit des Windes sich stets gegenwärtig halten. Wer weiß übrigens, ob diese sekundären Schwankungen für schnell fliegende Luftschiffe wirklich von Belang sind?
Von besonderer Wichtigkeit ist die Geschwindigkeit und die Richtung des Windes, welche für die Bahn des Luftschiffes über der Erde von entscheidendem Einflusse wird.
Gleichmäßig wehender Wind ist wohl auf die vertikale Bahn des Flugobjektes ohne Einfluß, weil letzteres die Geschwindigkeit des Windes annimmt und alle Rechnungen bezüglich der Tragfähigkeit, Bahn etc. so auszuführen sind, als ob gänzliche Windstille herrschen würde, doch variiert die Geschwindigkeit des zurückgelegten Weges sehr bedeutend, je nachdem Mit- oder Gegenwind weht. Es ist ein alter Erfahrungssatz, daß gerade für Anfänger die sogenannte Windfrage meist eine Klippe bildet, über die zu kommen, bei der großen Zahl der auf diesem Gebiete existierenden Schriften höchst fraglichen wissenschaftlichen Wertes, oft recht schwer fällt.
Detaillierte Angaben über Richtung und Geschwindigkeit des Windes, dessen Häufigkeit und Wechsel, respektive Zunahme mit der Höhe und alle für Luftschiffahrt in Betracht kommenden Faktoren findet man in meinem Buche »Lenkbare Ballons« auf den Seiten: 59-93, ferner auf den Seiten 188-203.
3. Der Luftwiderstand.
A. Allgemeines.
Der Luftwiderstand ist die Ursache der in der Luft verzögerten Bewegung von Flugobjekten im Gegensatze zur Bewegung im luftleeren Raume.
Das Luftwiderstandsgesetz ist jener analytische Ausdruck, welcher den Einfluß sämtlicher, die absolute Größe des Luftwiderstandes bestimmenden Elemente rechnungsmäßig darstellt.
Hervorgerufen wird der Luftwiderstand dadurch, daß das Flugobjekt an die Luft eine bestimmte Menge Energie überträgt.
Wie aus Obigem hervorgeht, ist der Luftwiderstand eine Kraft, welcher bei Bewegung des Flugobjektes an demselben wirkt und einen Verlust an Energie hervorbringt. Dieser Verlust muß, nach dem bekannten Satze von der Arbeit, wonach die Aktion stets dasselbe Maß an Reaktion hervorbringt, gleich sein der auf die Luft übertragenen Energie-Menge.
Wie an jeder Kraft, ist auch an dem Luftwiderstande zu unterscheiden zwischen der Größe und der Richtung derselben. Diese Elemente hängen, wie eine einfache Überlegung lehrt, ab von:
a) der Geschwindigkeit der Bewegung;
b) den Dimensionen des Körpers;
c) der Gestalt des Körpers;
d) der Lage der jeweiligen Achse;
e) dem Zustande der Luft.
In der Flugtechnik befassen wir uns im allgemeinen nur mit Geschwindigkeiten bis zu 50, eventuell 80, im Maximum 100 Meter per Sekunde, also mit geringen Größen im Gegensatze zur Ballistik.
Die Gestalt der zu betrachtenden Körper ist meist eine flächenartige oder doch eine aus einer Kombination von Flächen zusammengesetzte. Nur selten werden Rotationskörper in Anwendung kommen.
B. Experimente.
Zur Ermittlung des Luftwiderstandsgesetzes wird ausschließlich der experimentelle Weg eingeschlagen. Es würde zu weit führen, alle Methoden und darauf bezügliche Daten hier auch nur auszugsweise wiederzugeben. Die Vornahme dieser Experimente soll stets in großen, geschlossenen Räumlichkeiten geschehen. Die Resultate der in der freien Atmosphäre veranstalteten Experimente sind infolge von Wind und sonstigen Witterungserscheinungen so voll von Fehlerquellen, daß sie wenig brauchbar werden. In diese Kategorie gehören Versuche von Langley, Wellner, Cailletet, Collardeau, Touche, Lilienthal u. a. Die Experimente selbst teilen sich in solche mit Rundlauf- und in solche mit Wageapparaten gemachte ein, über deren Gebrauch und Verwendung man in von Loessls ausgezeichneten Schriften, besonders in seinem Hauptwerke: »Die Luftwiderstandsgesetze, der Fall durch die Luft und der Vogelflug«, Wien 1896, die Seiten 3-23 nachlesen wolle.
Bei allen werden ebene, dünne Flächen in gleichmäßige Bewegung gesetzt und die sich hierbei ergebenden Widerstände ihrer Größe nach durch wiederholt angestellte Versuche ermittelt. Diese Messungen erfordern einen großen Aufwand von Zeit, Mühe, Geduld, Fleiß, Accuratesse, Geld u. dgl. mehr und sind viele Jahre hindurch in geradezu mustergiltiger Weise von Loessl ausgeführt worden.
Ein Blick auf die hier beigefügte Tafel, welche eine Anzahl von diesem hervorragenden Experimentator verfertigter Versuchsmodelle im Bilde enthält, läßt die aufgewendete Arbeitsleistung ahnen.
C. Resultate.
Infolge der oben besprochenen Gründe anerkennt man heute als einwandfrei nur jene Resultate, welche von Loessl bei seinen minutiösen Luftwiderstandsmessungen gefunden hat.
Um die Ergründung dieses Luftwiderstandsgesetzes machten sich außerdem noch folgende Experimentatoren verdient:
Newton, Bernoulli, Euler, Borda, Robins, Thibault, du Buat, Poncelet, Kummer, Didion, Piobert, Robin, Rouse, Hutton, Vince, Helie, Virlet, Majewski, Bashfort, Krupp, Wellner, Lilienthal, Langley, Maxim, Weisbach, Renard, Eytelwein, Gerlach, Lord Raleigh, Smeaton etc. etc.
Aus dieser Aufzählung allein kann man schon ermessen, wieviel auf diesem Gebiete experimentiert wurde; trotzdem sind noch bei weitem nicht alle Fragen einspruchsfrei beantwortet.
Die Größe des Luftwiderstandes ist innerhalb jener Geschwindigkeitsgrenzen, welche uns interessieren, gleich groß, ob sich nun eine Fläche mit einer bestimmten Geschwindigkeit in ruhender Luft vorwärts bewege, oder ob dieselbe Fläche im Raume feststehend, von immer gleichförmig bewegter Luft mit derselben Geschwindigkeit getroffen werde. Stets kommt es auf die relative Bewegung zwischen Luft und Flugobjekt an.
Mit Hilfe von Experimenten, indem man Flächen von bekannter Größe mit variablen Geschwindigkeiten umlaufen ließ, hat man gefunden, daß der Luftwiderstand proportional der Größe der bewegten Fläche sei und mit dem Quadrate der Geschwindigkeit der Luft wachse.
Von einem gewissen Einflusse ist auch das Gewicht der Luft, in dem die Flächen- oder Körperbewegungen vor sich gehen. Hierbei muß man sich gegenwärtig halten, daß das Gewicht der Luft von der Temperatur und dem Luftdrucke abhängig ist.
Die geometrische Figur der Experimentalfläche hat einen mehr untergeordneten Einfluß.
Vor der Fläche bildet sich ein sogenannter Luftkegel, das ist ein Kegel ruhender komprimierter Luft, welche sich im Zustande des statischen Gleichgewichtes befindet und der die bewegte Luft gleichsam keilförmig ablenkt.
Über die äußere Luftreibung liegen noch sehr wenige Daten vor, im allgemeinen vernachlässigt man sie.
Überhaupt ist dieses Gebiet, so grundlegend das Luftwiderstandsgesetz für die theoretische Behandlung des Gegenstandes genannt werden muß, noch ein viel zu wenig durchforschtes.
Allgemein ausgedrückt, ist der Luftwiderstand direkt proportioniert einem Produkte, bestehend aus dem spezifischen Gewichte der Luft, der Fläche, einem dieser entsprechenden Koeffizienten, dem Quadrate der Geschwindigkeit und umgekehrt proportioniert der Accelleration der Schwere.
Im algebraischen Gewande lautet diese Formel:
D. Folgerungen aus dem Luftwiderstandsgesetze.
Die Arbeitsgleichung des Luftwiderstandsgesetzes gibt uns wertvollen Aufschluß über die für flugtechnische Probleme so wichtigen Arbeitsleistungen. Die Experimente lehren uns, daß die Arbeit mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit wächst, was wohl zu beherzigen ist.
Aus den einzelnen, hier nicht wieder gegebenen Formeln lassen sich eine ganze Reihe höchst wichtiger Gleichungen entwickeln, welche nicht nur über die Natur des Luftwiderstandsgesetzes vieler einschlägiger flugtechnischer Fragen Aufklärung geben, sondern uns überhaupt neue Bahnen bei Behandlung dieses Gegenstandes eröffnen.
Wer sich für dieses Kapitel intensiv interessiert, den verweise ich auf das Loesslsche Werk über die Luftwiderstandsgesetze pag. 149-178 und auf meine Schrift: »Das Loesslsche Luftwiderstandsgesetz und dessen Anwendung auf die Flugtechnik«, Sonderabdruck aus den »Technischen Blättern« in Prag.
4. Motoren.
Wir wollen nun eine kurze Umschau über die für ballon- und flugtechnische Zwecke brauchbaren Motoren halten. Die Motoren müssen die Widerstandsarbeit leisten. Um ein Gutachten über die verschiedenen Kraftspender abgeben zu können, und die richtige Wahl zwischen verschiedenen zu treffen, muß man Maschinentechniker sein. Aber selbst diesem fällt die Abgabe eines Urteiles bezüglich der Brauchbarkeit des einen oder des anderen Motors oft recht schwer.
Die Bedingungen, welche ein solcher erfüllen muß, sind meist recht komplizierter Natur, oft bis knapp an die Grenze des Erreichbaren gehend. Bekanntlich unterscheiden wir zwei Hauptgruppen von Motoren, es sind dies:
1. die Accumulatoren,
2. die eigentlichen Motoren.
In erstere legen wir künstlich Energie hinein, (wir laden sie), die theoretisch gleich der zu leistenden Arbeit, praktisch infolge der zahlreichen Effektsverluste natürlich stets bedeutend größer sein muß. Dies sind künstliche Accumulatoren. Die zweite Gattung leistet eine Arbeit infolge Verwertung von natürlichen Accumulatoren, wie z. B. von Kohle, Gas, brennbaren Ölen etc.
Für Zwecke der Luftschiffahrt kommen von künstlichen Accumulatoren in Betracht:
Maschinen mit komprimiertem Gas, Natronlaugenmaschinen, Dynamos mit elektrischen Accumulatoren.
Von eigentlichen Motoren:
die Dampfmaschinen, die Gas-, Petroleum- oder Benzin-Motoren, Dynamos mit Primärbatterien, Dampfturbinen.
Welchen Bedingungen sollen die für flugtechnische Zwecke gebauten Maschinen entsprechen?
Diese Frage ist sehr schwer zu beantworten; ich will versuchen, die Hauptbedingungen aufzuzählen.
Soll das Gewicht der Maschine im Verhältnis zur Leistung,
der Verbrauch an Material ein Minimum sein,
sollen dieselben frei von verschiedenen Stößen sein,
mit variabler Geschwindigkeit arbeiten können,
kompendiös sein,
wenig Reparaturen und Bedienung erheischen,
ein Versagen nahezu ausschließen,
einfach übersichtlich und leicht zugänglich disponiert,
leicht auswechselbar und leicht reparierbar sein,
durch eine längere Zeitdauer absolut sicher funktionieren,
verhältnismäßig wenig Gewicht an Speisematerial benötigen.
Die Punkte 1 und 2 lassen sich so zusammenfassen, daß man sagen kann: Eine Flugmaschine soll pro effektiver Ballon- oder Flugmaschinen-Stundenpferdestärke ein Minimum an Gewicht erfordern.
Da es zu weit führen und dem Zwecke dieser Zeilen nicht entsprechen würde, wenn ich hier diese ganze Frage eingehend behandeln wollte, was einer anderen Arbeit vorbehalten sein soll, so will ich dieses Thema nur in großen Zügen besprechen.
Bei der Verwendung von Dampfmaschinen müssen auf dem Luftschiffe Platz finden:
a) der Dampferzeuger, (Dampfkessel),b) die Speisung für a u. zw.:α) Heizmaterial (Kohle, Gas), β) Wasser,c) der eigentliche Dampfmotor (die Maschine),d) die diversen Nebenbestandteile, wie Armatur, Pumpen, Injektoren etc. etc.e) der Kondensator.
Diese Unterabteilungen zeigen, wo man bei den einzelnen Bestandteilen an Gewicht sparen kann.
Derzeit sind wohl die Wasserrohrkessel die relativ leichtesten; Maxim hat eine geradezu brillante Form derselben in die Flugtechnik eingeführt.
Zu brauchen sind auch Serpollets Generatoren, vielleicht werden sich auch die Wärmetransmissionskessel von Herz für unsere Zwecke verwenden lassen. Der Tätigkeit des Kesselbauers eröffnet sich da ein neues und weites Feld.
Das Wasser wird nur im chemisch reinen Zustande mitgenommen werden dürfen. Kohle oder Kohlenstaub wird man nicht verwenden, vielleicht dagegen Heizölfeuerung. In ausgiebigster Weise wird man aber von Petroleum und Benzinfeuerung Gebrauch machen. Die Verbrennungen müssen vollkommene sein. Dem Leichterwerden des Luftschiffes durch Verbrauch an Brennmaterial ist Rechnung zu tragen.
Außer den vorbenannten natürlichen Accumulatoren kommen noch die Gasfeuerungen in Betracht, u. zw. dies besonders dann, wenn es sich um lenkbare Ballons handelt, die ihren Gasvorrat mit sich führen.
Besonders großen Heizwert besitzt das Wasserstoffgas mit 34460 Wärmeeinheiten.
Wasserstoffgas im komprimierten Zustande für Heizzwecke mit sich zu führen, ist einerseits wegen der doch immer nicht ausgeschlossenen Explosionsmöglichkeit gefährlich und anderseits wegen des Gewichtes der Umhüllung nicht rentabel.
Für flug- oder ballontechnische Zwecke wird man Dampfmaschinen nicht für kleine Betriebe bauen, sondern nur von ca. 30-50 Pferdestärken angefangen.
Eine eingehende Betrachtung der Gewichtsverhältnisse lehrt nämlich, daß eine Dampfmaschine pro effektive Stundenpferdestärke gemessen, um desto leichter ist, je größer sie wird. Man hat bei derselben auf schnelle Gangart, möglichste Ökonomie des Dampfverbrauches, Freisein von Stößen, Vibration, und einfache Konstruktion zu sehen.
Dies führt auf die Verwendung von Compoundmaschinen. Ein Hauptaugenmerk wird auf die Anordnung einer entsprechenden Kondensation und zwar einer Oberflächenkondensation mit Luftkühlung zu richten sein.
Ein sehr interessantes und lehrreiches Beispiel eines Flugmaschinenmotors bietet der von Maxim konstruierte.
Die Röhrenkesselanlage samt Wasserinhalt soll 545 kg, die der zugehörigen Compoundmaschine 272 kg betragen, und einen Effekt von 363 HP geliefert haben.
Der Dampf- und Kohlenbedarf beträgt nach meiner Quelle »North American Review« pro Pferdestärke und Stunde 11·3 kg.
Es würde sich somit das Gewicht des ganzen Motors samt Brennmaterial und Wasserbedarf für eine ganze Stunde auf circa 15-17 kg belaufen.
Einen anderen ebenfalls sehr leichten Dampfmotor hat Herring gebaut. Er wiegt nur etwa 1·2 kg und soll 7 gebremste Pferdestärken leisten. Seine Admissionsspannung beträgt dabei 16 Atmosphären und die Tourenzahl 40 Umdrehungen pro Sekunde.
Eine andere Serie Motoren bilden die Dampfturbinen. Sie haben den großen Vorteil, rotierende Dampfmotoren und äußerst kompendiös zu sein.
In neuester Zeit hat besonders De Lavals Dampfturbine sehr gute Resultate aufzuweisen.
Als ein Übelstand muß die große Anzahl von Umlaufszahlen (20.000-30.000 pro Minute) angesehen werden.
Dies verlangt ausgiebige Übersetzungen ins Langsame und dadurch hervorgerufene große Effektsverluste.
Auch ist der Dampfbedarf ein etwas größerer, als bei normalen Dampfmaschinen. Es soll aber schon gelungen sein, ihn gegenwärtig auf 11·6 kg herabzubringen. Immerhin ist durch den Entfall der hin- und hergehenden Massen und dadurch, daß das Eigengewicht des Motors auf ein Minimum reduziert werden kann, diese Dampfturbine für flugtechnische Zwecke beachtenswert.
Ein 20pferdiger De Laval-Motor wiegt z. B. nur 340 kg und nimmt samt dem Übersetzungsgetriebe einen Flächenraum von 75/55 cm ein.
Das Turbinenrad besitzt hierbei nur 15 cm Durchmesser. Die 8·8 mm dicke Welle macht 22.000 Umdrehungen, die auf 2200 Touren zum Betriebe von Dynamomaschinen heruntergebracht wird.
Nur kurz sei der Natrondampfkessel gedacht; sie erzeugen weder Gase noch Rauch und haben den Vorteil, stets eine gleiche Gewichtsquantität zu besitzen.
Die Wärmequelle bildet die konzentrierte Natronlauge. Die Natronlösungen besitzen die Eigenschaft bei gewisser Konzentration und dadurch bestimmtem Siedepunkt Wasserdampf unter Wärmeentwicklung aufzunehmen, sie können mithin benützt werden, den Auspuffdampf einer Maschine zu kondensieren und durch die dabei entstehende Erhitzung Wasser zu verdampfen. Demnach findet bei dem Natronkessel ein Kreislauf statt, der solange fortgesetzt werden kann, bis die Lauge bei einer bestimmten Verdünnung ihren Siedepunkt erreicht hat und aufhört, den Auspuffdampf aufzunehmen.
Durch Verbindung mit Wärmetransmissionskesseln dürften sich, wie ich glaube, günstige Resultate erzielen lassen.
Eine andere Art von für flugtechnische Zwecke ins Auge zu fassenden Motoren sind die Gas-, Petroleum- und Benzinmotoren, welche in die Gruppe der Explosionsmotoren rangieren. Sie haben den Vorteil, keinen eigenen Kessel und ein sehr geringes Gewicht an Betriebsstoff (circa 0·5 kg pro Pferd und Stunde) zu benötigen.
Auch kann der Luftkondensator, der einen geringen Vorrat von Kühlwasser hält, circa drei- bis viermal so leicht sein, als bei einer gleich starken Dampfmaschine.
Da aber, entweder im Vier- oder im Zweitakt, nie doppelwirkend, gearbeitet wird, so fällt der eigentliche Motor schwerer aus, als die analoge Dampfmaschine.
Nachteilig erscheint die komplizierte Steuerung, die Mischung mit Luftzündung und der Bedarf an Kühlwasser.
Sie sind die ausgesprochenen Luftschiffmotoren der Zukunft. Ihre dermalige Ausgestaltung verdanken sie unstreitig ihrer Verwendung im Automobilbau. Liest man ihre Eigengewichte, wie sie die einzelnen Maschinenwerkstätten angeben, so glaubt man, der jahrelange Traum der Luftschiffer nach dem leichten Motor habe sich endlich verwirklicht. So finden wir z. B. das Gewicht einer Pferdestärke von Buchet-Motoren von 6·3-7·8 kg differierend angegeben, je nachdem man eine 20, 30 oder 40 pferdestarke Maschine in Betracht zieht. Mors liefert die Pferdestärke zu einem Gewichte von 3·2 bis 6·2 kg bei Motoren von 90-200 Pferden. Bourdiaux und Delalande gar zu 2·1-3·3 kg bei Motoren von 50, respektive 20 Pferden. Es schwindelt einem förmlich bei diesen Zahlen. In der Wirklichkeit jedoch stellen sich die Verhältnisse etwas anders. Zu dem Gewichte des eigentlichen Motors kommen nämlich noch die Gewichte all der Nebenbestandteile etc. etc., ohne welche der Motor nicht funktioniert, so daß wir heute noch mit Gewichten von 17-20 kg pro 1 Luftschiffpferdestärke rechnen müssen. Immerhin schon ein ungeheuerer Fortschritt gegen frühere Jahre, wo eine solche Pferdestärke z. B. bei Giffards Ballon (1852) noch 290 kg, bei Tissandiers Ballon (1883) noch 186 kg, bei Renard-Krebs (1884) 77 kg und bei Zeppelin, Daimler (1900) 30 kg wog.
Auf dem Gebiete der Explosivmotoren wird erst seit circa 30 Jahren intensiver gearbeitet und lassen die bis nun erzielten großen Erfolge wohl noch eine weitere ersprießliche Entwicklung erwarten.
Von den elektrischen Motoren dürften in erster Linie die Accumulatoren in Betracht kommen, doch sind sie gegenwärtig noch ziemlich schwer.
Das Gewicht der elektrischen Motoren setzt sich zusammen aus dem der Dynamos, Getriebe, Accumulatoren, Regulatoren und Schaltern.
Aus diesen wenigen Andeutungen geht klar hervor, daß die Luftschiffahrt und die Flugtechnik an die Motoren zum Teile mit ganz neuen, bis jetzt fast bei keinen anderen Betrieben (Torpedoboote und Automobile ausgenommen) gestellten Anforderungen herantritt, welche ein intensives Studium, eigene Versuche und separate Erprobungen erfordern. Schon jetzt ist Aussicht vorhanden, daß die Maschinentechnik die ihr hier gestellten Aufgaben mit Erfolg lösen wird.
5. Luftschrauben.
Die Luftschrauben gehören strenge genommen auch zu den Motoren, sie haben den Zweck, die eigentliche Energieabgabe an die Luft zu veranlassen und bewirken so die Fortbewegung des Fahrzeuges.
Bei den Luftschrauben dient die Luft als Schraubenmutter, ähnlich wie das Wasser bei den Wasserschrauben.
Die Luftschrauben erhalten von den sie betreibenden Motoren die Kraft, das Luftschiff entweder zu heben oder zu ziehen, respektive vorwärts zu treiben, oder beides zugleich.
Diese Wirkungsweise erfolgt je nachdem die Achse der Luftschraube entweder vertikal, horizontal oder schief gestellt ist.
Demnach läßt sich die Einteilung treffen in:
a) Hubschrauben mit vertikaler Achse,b) Zugschrauben mit horizontaler Achse,c) Druckschrauben mit horizontaler Achse,d) Universalschrauben mit geneigter Achse.
Die Gattungen b) und c) lassen sich auch als Vortrieb oder Triebschrauben kurzweg zusammenfassen.
Entscheidend für die Arbeitsleistung ist neben der wirkenden Kraft auch die Geschwindigkeit der Schrauben.
Als Maß derselben gilt einerseits die minutliche Zahl der Umdrehungen, anderseits die Größe der Geschwindigkeit des Druckmittelpunktes.
Wenn sich eine Schraube bewegt, so ist klar, daß die Bewegung im Mittelpunkte Null, die an der Peripherie am größten sein wird.
Zur rechnungsmäßigen Verwertung aber ist allein jene Geschwindigkeit geeignet, welche dem Druckmittelpunkte zukommt.
Es sollen hier nur kurz jene Punkte angeführt werden, welche bei der Konstruktion von Schrauben hauptsächlich Beachtung finden müssen.
Es sind dies vor allen jene Elemente, die auf die Entstehung der Schrauben Bezug haben, wie die Schraubenlinie, die Schraubenfläche, der Schraubengang, die Erzeugungslinie und die Richtlinie.
Hiervon ist die Erzeugungslinie von besonderer Wichtigkeit; einige empfehlen flachgewölbte, dem Vogelflügel ähnlich gebaute zu verwenden, andere hingegen ebene. Wie sie auf die Achse aufzusetzen sind, ob senkrecht oder unter welchen anderen Winkel, ist ebenfalls eine offene Frage.
Bezüglich des Schraubenflügels unterscheidet man die Art und Zahl der Gänge, die günstigste Flügelzahl, die Fläche, Lage, das Material und die Stärke der Flügel, sowie die Schraubennabe und die Befestigung der Flügel.
Meist wird es wohl ziemlich einerlei sein, ob man rechts- oder linksgängige Schrauben verwendet, oft und besonders bei Hub- und Universalschrauben werden beide Gattungen gewählt werden müssen.
Die Zahl der Gänge darf zwei nicht überschreiten. Eigene Versuche ergaben das mich anfangs überraschende, aber sehr wohl erklärliche Resultat, daß auch einflügelige, gehörig ausbalanzierte Schrauben mit Erfolg zu verwenden sind.
Bezüglich der günstigsten Flächen der Flügel, der Flügelkreisflächen, der abgewickelten Flügelfläche, der projizierten Flügelfläche und dem Bruchteil der Ganghöhe liegen bei Luftschrauben noch gar keine Erfahrungen vor.
Die abgewickelte Flügelfläche soll in der Nähe der Achse möglichst wenig Fläche besitzen, desto mehr gegen das Ende der Flügel zu, um den Trägheitshalbmesser möglichst groß zu bekommen. Sie kann Dreiecks- oder Trapezform erhalten, meist wird sie länger als breit ausfallen.
Sehr empfehlenswert sind nachstehend abgebildete Schraubenformen, welche für große Tourenzahlen berechnet sind.
Entschieden ist auch noch nicht die Frage, ob viele kleine Flügel, oder wenige, große Flügelflächen vorteilhafter sind. Beide Arten haben ihren Vertreter.
Auch bezüglich des Schraubendurchmessers sind sehr geteilte Meinungen vorhanden.
Während z. B. Pichault und Jarolimek nur solche von höchstens bis zu 0·5 m Durchmesser empfehlen, hatten nachfolgende ausgeführte Schrauben folgenden Durchmesser:
was einem tatsächlichen Mittel von 5.4 m entspricht.
Auf einer Achse kann endlich entweder nur eine Schraube oder ein System unter sich versetzter Schrauben aufgebracht werden. Auch darüber fehlen leider Versuche, obgleich dies eine der allerwichtigsten flugtechnischen Fragen ist.
Es ist besonders zu bestimmen, wie groß die Entfernung der einzelnen Flügel voneinander sein soll, und wie viele man auf eine Achse überhaupt aufsetzen kann.
Sehr verschieden ist der Wirkungsgrad einzelner Schrauben; die besten bis nun konstruierten hatten circa 50-60%.
Hervorzuheben ist die vermehrte Hebewirkung der Hub- und Universalschrauben bei Wind.
Die einzelnen Umlauf-Geschwindigkeiten betrugen bei den bis jetzt ausgeführten Schrauben bei:
Über die Anbringung der Schrauben, ihre Inbetriebsetzung, ob durch Riemen oder mit Seilen, bei denen ein empfindlicher Effektverlust durch Gleiten unvermeidlich ist, oder durch Friktions-, eventuell Zahnräder, welche wieder ein bedeutendes Gewicht beanspruchen, ist noch fast gar nichts kalkuliert worden.
Trotzdem ist die Schraubenfrage eine der wichtigsten, welche, wie alle vorbenannten, dringend eines eingehenden Studiums bedarf.
Nicht zuletzt kommt die Frage nach der besten Konstruktion der Luftschrauben überhaupt, ob nicht etwa gefächerte Flügelflächen, und welches Material dabei in Anwendung kommen soll. Wie man sieht, eröffnet sich hier der Tätigkeit des Experimentators ein weites Feld.
6. Die Materialien.
Die hauptsächlichsten Eigenschaften, welche flugtechnischen Zwecken dienende Materialien besitzen sollen, sind:
möglichst geringes spezifisches Gewicht,
möglichst große Festigkeit,
entsprechende Elastizität.
Von den einzelnen Werkstätten für aëronautische Zwecke wollen wir hier nicht weiter sprechen. Die Figur 7 läßt uns einen Blick in das Luftschifferatelier von Lachambre, einem Pariser Etablissement, tun, wo die lenkbaren Ballons von Santos Dumont erzeugt wurden. Solche Werkstätten gibt es in Paris mehrere, die hervorragendste ist jene von Surcouf, dann nenne ich noch das Atelier Godard, Mallet Yon und Besançon; in Augsburg befindet sich das ausgezeichnete, derartige Etablissement von August Riedinger.
Was die einzelnen Baumaterialien betrifft, so ist das relativ leichteste, d. i. das bei gleichem Gewichte und gleicher Festigkeit leichteste Material der Stahl, ihm dürfte aber in dem Magnalium ein erfolgreicher Konkurrent erstehen.
Für flugtechnische Zwecke finden hauptsächlich Verwendung:
Stahl.
Aluminium samt seinen Legierungen, wie Magnalium, Patinium etc. als Ersatz für Gußeisen etc., Aluminiumröhren für Oberflächenkondensatoren etc.
Eschen- und Tannenholz,
Indische Strauchgattungen,
Papiermaché, vulkanisierter Kautschuk,
Seide, Perkal etc.
Bei Yon in Paris sah ich eine sehr gute Kombination aus Furnierholz, Seide und Stahlnetzen, das Ganze geleimt und in eine cylindrische Form von circa 8 m Länge und 30 cm Durchmesser gebracht. Ich konnte diese Stange mit einer Hand leicht heben. Trotz ihrer Leichtigkeit hatte sie dabei augenscheinlich eine ziemlich bedeutende Festigkeit.
Sehr leichte Flügelflächen für Modelle können auf folgende Art hergestellt werden:
