Titel: Cayley, über die Principien der Luftschifffahrt.
Autor: Cayley, Georg
Fundstelle: 1843, Band 88, Nr. CVI. (S. 435–438)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj088/ar088106

CVI. Ueber die Principien der Luftschifffahrt; von George Cayley.

Aus dem Mechanics' Magazine, April 1843, S. 274.

Mit Abbildungen auf Tab. VI.

Nachdem Hr. Henson nunmehr die Beschreibung seiner Flugmaschine veröffentlicht hat, woraus sowohl die Richtigkeit der theoretischen Principien, auf welche die Construction des Apparates sich gründen soll, als auch die Schwierigkeit der Ausführung zu erkennen ist, erlaube ich mir meine Ansichten über diesen Gegenstand hier auszusprechen und meine darauf Bezug habenden Beobachtungen mitzutheilen.

Die Größe des projectirten Fahrzeugs wird, wie ich befürchte, selbst als ein Hinderniß des Fluges auftreten. Es scheint in der Natur für die geeignete Anwendung von Flächen als Schwingen eine gewisse Gränze zu geben. Muskelkraft und animalische Wärme stehen bei geflügelten Insecten und Vögeln wahrscheinlich in directem Verhältnisse zum Kohlenstoff, welcher in einer gegebenen Zeit von dem Sauerstoff, dem das Blut in den Lungen ausgesezt ist, consumirt wird; und die Natur scheint in dieser Hinsicht um eine für den Flug der Vögel hinreichende Kraft zu schaffen, die gewöhnlichen Gränzen weit überschritten zu haben.74) Das Gewicht eines Vogels nimmt mit dem Würfel seiner linearen Dimensionen zu, so daß z.B. bei der doppelten Körperlänge das Gewicht eines Vogels das achtfache wäre; die Oberfläche ihrer Flügel jedoch nur mit dem Quadrate ihrer linearen Dimensionen. Hätten daher in diesem lezteren Falle die Flügel dasselbe relative Verhältniß zu der vergrößerten Länge, welches sie zu der ursprünglichen Länge hatten, so würden sie im Verhältnisse des Quadrates von 3 zum Cubus von 3, oder wie 9 : 27 zu klein seyn, d.h. ihr Flächeninhalt würde nur 1/3 des zur Unterstüzung des fraglichen Gewichtes erforderlichen Flächeninhaltes betragen.

Henson gibt seiner Maschine eine seitliche Ausdehnung von 150 Fuß bei 30 Fuß Breite, wodurch er 4500 Quadratfuß Oberfläche erhält. Obgleich der Apparat durch diagonale Spanndrähte wohl verwahrt ist, so bilden doch bei dieser nothwendigerweise leichten Construction die gewaltigen Flügelflächen ein gefährliches Hebelwerk.

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Denn, wenn auch die Flügel unbeweglich bleiben sollen, so bildet doch die Luft selbst bei mäßig ruhigem Wetter in der Nähe der Erde öfters wirbelartige Strömungen; dann könnte das Gewicht der in der Mitte dieser ungeheuren Fläche angeordneten Maschine bei einem plözlichen Stoß hinreichen, die leichte Construction zu zertrümmern. Bei den größten Vögeln übersteigt das Hebelwerk, von den äußersten Flügelspizen an gerechnet, selten 6 Fuß, während sich bei Henson's Maschine die Flügel zu beiden Seiten 75 Fuß weit ausbreiten. Demnach wirkt jedes Pfund in der Mitte dieses Apparates mit einer mehr als 11mal größern Hebelkraft, als ein Pfund von dem Gewichte des Körpers des größten Vogels.

Aus dieser Betrachtung geht hervor, daß, wenn man große Gewichte in der Luft schwebend erhalten will, die hiezu erforderliche Fläche nicht in einer Ebene, sondern in parallelen, in geeignetem Abstande über einander liegenden Ebenen angeordnet werden sollte, wodurch ein compacterer Apparat mit kleinerem Hebelwerk entstünde.

Bei Henson's Apparat ist die ungeheure Fläche in einer horizontalen Ebene ausgebreitet. Dieses ist der Erfahrung gemäß nicht die Form, um der Maschine die geeignete seitliche Stabilität zu ertheilen; die Fläche sollte vielmehr die Gestalt des Buchstabens V, doch mit einem weit stumpferen Winkel besizen.

Die rein mechanische Luftschifffahrt muß von Flächen abhängen, welche sich mit bedeutender Geschwindigkeit durch die Luft bewegen. Um in Wirksamkeit zu treten, muß das Fahrzeug von einer erhöhten Stelle aus niedergelassen werden; für den gewöhnlichen Gebrauch muß es an jeder zu seiner Aufnahme hinreichend geräumigen Stelle landen und von dieser Stelle aus sich in die Luft erheben können; dasselbe sollte ferner im Stande seyn, nöthigenfalls sich stationär in der Luft zu erhalten. Um diesen Anforderungen der mechanischen Luftschifffahrt zu entsprechen, ist ein sehr großer Kraftaufwand unumgänglich nöthig, und Hr. Henson würde sich ein großes Verdienst erwerben, wenn es ihm gelingen sollte, mit einer Maschine, deren Gewicht 600 Pfd. nicht übersteigt, eine Kraft von 20 Pferden zu erzielen. Wenn sich dieser Herr bei der Schäzung seiner projectirten Triebkraft nicht selbst täuscht, so werden uns demnächst gutgeleitete Versuche mit seiner eigenthümlichen Methode näher bekannt machen.

Es unterliegt keinem Zweifel, daß die geneigte Ebene mit einem Treibapparate nach horizontaler Richtung das richtige, dem Vogelfluge abgesehene Princip der mechanischen Luftschifffahrt in sich schließt. Das Princip ist schon früher bekannt gewesen und näher untersucht worden, allein es konnte in Ermangelung einer hinreichenden Kraft |437| nicht in Anwendung kommen. Diese Kraft will nun Hr. Henson herbeischaffen.

Unter welchem Winkel mit der Linie des Fluges die Vögel ihre Flügel in Thätigkeit sezen, ist nicht genau bekannt; wahrscheinlich ändert sich dieser mit der Weite des Flügels in Vergleich mit dem Gewichte des Vogels. Wir haben deßhalb keinen genauen Maaßstab, wonach wir den Kraftaufwand schäzen könnten. Doch scheint es nach verschiedenen Versuchen mit geneigten Flächen wahrscheinlich, daß für je 1000 Pfd. Gewicht des Luftfahrzeugs 8 bis 10 Pferdekräfte nöthig seyn werden.

Je größer die Oberfläche in Vergleich zu dem Gewichte ist, eine um so geringere Geschwindigkeit erfordert sie um sich schwebend zu erhalten; und da Henson's Maschine eine Oberfläche besizen soll, deren Verhältniß zu ihrem Gewichte das der meisten Vögel übersteigt, so wird auch ihre Geschwindigkeit nicht so groß seyn, wie die der Vögel. Sollte daher sein Project einen vollkommenen Erfolg haben, so dürfte doch die Geschwindigkeit seines Fluges etwas geringer genommen werden, wie die der Krähe, welche in ruhiger Luft 24 Meilen in der Stunde – ungefähr die Geschwindigkeit der Eisenbahnen – zurüklegt.

Große längliche Ballons aus festen luftdichten Materialien können, den auf empirische Resultate sich gründenden Berechnungen zufolge, vermittelst Maschinenkraft ungefähr mit der Geschwindigkeit der Eisenbahnen durch die Luft getrieben werden, und dabei vermöge ihrer Schwimmkraft eine bedeutende Last mit sich führen. Der Ballon ist das leichteste, wirksamste und sicherste Mittel zur Luftschifffahrt. Längliche Ballons von großen Dimensionen bieten, weil die ganze Last frei in der Luft hängt, weniger Schwierigkeiten dar, Personen und Güter durch die Luft zu transportiren, als Fliegmaschinen, welche, wenn sie je zur Ausführung kommen sollten, mehr für einen kleinen Betrieb und für geringere Distanzen geeignet scheinen.

Eine bedeutende Schwierigkeit liegt bei Flugmaschinen in dem enormen Unterschiede der Kräfte, welche erforderlich sind, den Flug, wie bei Vögeln, vermittelst einer anfangs abwärts schwebenden Bewegung einzuleiten. Die mit einem Pfunde belastete Fläche von einem Quadratfuß, wie dieß bei der Krähe der Fall ist, würde mit einer Geschwindigkeit von 21 Fuß in der Secunde senkrecht niedersteigen; um daher ihr eigenes Gewicht in der Luft zu erhalten, muß die Krähe ihre Flügel mit dieser Geschwindigkeit abwärts bewegen; dieß kommt einer Kraftäußerung gleich, womit sie ihr eigenes Gewicht in einer Secunde 21 Fuß hoch hebt. Würde nun eine Flugmaschine 1000 Pfd. wiegen und sie sollte mit dieser Geschwindigkeit |438| gehoben werden, so wäre die dazu erforderliche Kraft 38 Pferdekräfte, und Henson's 3000 Pfd. wiegende Maschine würde 114 Pferdekräfte erfordern. Die Kraftäußerung des Vogels ist übrigens noch größer, denn er hat beim abwärts erfolgenden Flügelschlage den Zeitverlust während der Aufwärtsbewegung seiner Flügel wieder gut zu machen.

Die Krähe legt schwebend ungefähr 36 Fuß in der Secunde zurük, wobei sie ungefähr 1/8 dieser Streke, oder 4 1/2 Fuß herabsinkt. Der erforderliche Kraftaufwand kann daher nicht größer als im Verhältniß von 4 1/2 zu 21 seyn, und in diesem Falle würden 1000 Pfd. um schwebend erhalten zu werden, 8 1/4 Pferdekraft erfordern, vorausgesezt, daß dieses Schweben eben so wie bei Vögeln vor sich ginge. Mit Gewißheit läßt sich indessen die zum Forttreiben von Luftfahrzeugen erforderliche absolute Kraft nicht bestimmen.

Die Figuren 25, 26 und 27 stellen die Skizzen eines nach den aufgestellten Principien construirten Luftfahrzeugs von ungefähr 530 Quadratfuß Flächeninhalt dar. Fig. 25 ist eine Endansicht, Fig. 26 ein Grundriß und Fig. 27 ein Seitenaufriß des Apparates. Die Hauptflächen A, A und B, B liegen hier über einander und sind paarweise durch starke Wellen miteinander verbunden; leztere sind an jedem Ende einer stählernen Achse, die sich frei in den Hälsen D, D dreht, in Hülsen befestigt und enthalten die Rollen E, E, mit deren Hülfe sie durch einen Riemen oder eine Kette von der in dem Wagen F befindlichen Maschine aus in Umdrehung gesezt werden können. Diese kreisrunden Flächen A, A und B, B haben Aehnlichkeit mit einem sehr flachen Regenschirm; wenn sie durch die Maschine in Umdrehung gesezt werden, so öffnen sie sich und nehmen die Gestalt des Flugrades Fig. 28 an. Beide Flugräderpaare sind unter einem stumpfen Winkel zu einander gestellt, um der Maschine mehr Stabilität zu geben. Von diesen Flugrädern, welche Man mit dem Namen Steigflügel bezeichnen kann, sind zwei kleinere G, G mit schiefgestellten Flügeln zu unterscheiden, welche zum Forttreiben der Maschine dienen. Bei 11 1/4 Fuß Durchmesser enthalten die Steigflügel ungefähr 100 Quadratfuß Fläche. Der Hebelarm zu beiden Seiten von der Mitte des Wagens an gerechnet, beträgt nur 8 Fuß, und erhält überdieß noch durch diagonale Streben eine sichere Lage. Das breite horizontale Ruder oder der Schwanz H, dem sich durch Drehung um fein Scharnier jede beliebige Winkelstellung geben läßt, bewirkt unter Anwendung des Treibapparates das Auf- oder Niedersteigen und bildet ein Hauptmittel, dem Fluge die nöthige Stabilität zu ertheilen. Das kleine verticale Ruder I dient zum Seitwärtssteuern.

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Die relative Consumtion des zur Muskelthätigkeit und animalischen Wärme erforderlichen Kohlenstoffes läßt sich am besten aus einer Vergleichung der Anzahl von Athemzügen in einer gegebenen Zeit beurtheilen. Nach Prevost und Dumas athmet das Pferd in einer Minute 16mal, ein Mann 18mal, während ein gewöhnlicher Vogel 30- und eine Taube 34mal in der Minute athmet.

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