Flächenregel

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Die Flächenregel beschreibt den optimalen Verlauf der Querschnittsfläche eines Überschallflugkörpers entlang seiner Längsachse. Die Flächenregel gilt für den transsonischen Bereich (etwa von Mach 0,8 bis 1,2). Für höhere Geschwindigkeiten gilt eine etwas abgewandelte Form der Flächenregel, da dann bei der Formgebung der Einfluss des Machschen Kegels berücksichtigt werden muss.

Haacksche Ogive

Auswirkung des Tragflügelquerschnitts auf die Haacksche Ogive

Transsonische Flächenregel: Idealisiert haben die farbig markierten Querschnitte den gleichen Flächeninhalt, erreicht durch Einschnüren des Rumpfes.

Supersonische Flächenregel

Als Idealform eines Überschallflugkörpers gilt die Haacksche Ogive, ein langgestreckter, spindelförmiger Körper. Bei Flugzeugen kommt zur Querschnittsfläche des Rumpfes die der Tragflächen hinzu. Wird die Flächenregel nicht beachtet, wird durch diese Vergrößerung der Querschnittsfläche bei Überschallgeschwindigkeit eine zusätzliche Stoßwelle erzeugt, die den Luftwiderstand des Flugzeugs drastisch erhöht und unter Umständen das Erreichen der Überschallgeschwindigkeit verhindert. Gemäß der Flächenregel muss der Rumpfquerschnitt theoretisch um den Wert abnehmen, der durch die Tragflächen zur Querschnittsfläche hinzukommt. Dadurch wird das Entstehen einer zusätzlichen Stoßwelle vermieden.

Historie

Die Regel wurde zwischen 1943 und 1944 von Otto Frenzl während der Entwicklung des Strahlbombers Ju 287 bei Junkers entdeckt und am 21. März 1944 als Patent Nr. 932 410^[1][2] offiziell bestätigt.

Sie wurde in den USA auch vermutlich unabhängig 1952 von Richard T. Whitcomb vom National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) wiederentdeckt und 1955 veröffentlicht und wird häufig fälschlicherweise ihm allein zugeschrieben. Ein weiterer Entdecker ist Wallace D. Hayes in seiner Dissertation am Caltech 1947.

Wespentaille

In der Praxis weisen nach der Flächenregel konstruierte Flugzeuge eine Rumpfeinschnürung im Bereich der Flügel auf. Bei Flugzeugen mit langgestreckten Rümpfen wie der Concorde ist diese „Wespentaille“ kaum zu sehen, bei Überschallflugzeugen mit kurzem Rumpf ist sie hingegen meist deutlich zu erkennen (wie bei der Convair F-106 oder der Je-152).

Literatur

• Werner Heinzerling: Flügelpfeilung und Flächenregel, zwei grundlegende deutsche Patente der Flugzeugaerodynamik. Deutsches Museum München (PDF; 9,86 MB).
• Supersonische Flächenregel nach Robert T. Jones. In: NACA Report 1284. (PDF; 540 kB, (englisch)).

Einzelnachweise