Warum haben ältere Flugzeuge sowohl oben als auch unten einen Flügel?

Hauptsächlich für Stärke. Bis etwa 1920 verwendeten Flügel sehr dünne Tragflächen und bestanden hauptsächlich aus Stoff, der über einen Holzrahmen gespannt war. Der Hauptholm war zu dünn und hätte sich verbiegen können, wenn er das gesamte Gewicht des Flugzeugs in einer einzigen Spannweite hätte tragen müssen. Nur durch die Verwendung von zwei Flügeln, der obere als Druckstab und der andere als Zugstab eines Fachwerks, war die erforderliche Festigkeit möglich.

Vergleich der Tragflächendicke von DR Kirk, Florida Institute of Technology ( Bildquelle )

Auf Ihrem Foto können Sie die Drähte sehen, die vom oberen Flügel (in der Nähe der äußeren Streben) bis zu der Stelle verlaufen, an der der untere Flügel mit dem Rumpf verbunden ist. Diese Drähte nehmen die meiste Belastung im Flug auf und verteilen die Last auf die Flügel. Es ist das gleiche Prinzip wie bei der Verwendung von Dreiecken beim Bau von Strommasten oder Brücken.

Eindecker der damaligen Zeit benötigten noch mehr Drahtverstrebungen. Schauen Sie sich das Bild eines Nachbaus der Etrich Taube an, eines sehr beliebten Flugzeugs aus der Zeit vor dem Ersten Weltkrieg.

Etrich Taube im Flug. Beachten Sie das Fachwerk unter dem Flügel und die vielen Drähte, die es in Form halten ( Bildquelle ).

Die kürzere Spannweite eines Doppeldeckers reduziert auch die Belastung der Tragflächen. Doppeldecker haben aufgrund der großen Flügelfläche in der Regel viel Auftrieb (für ihre Größe), aber auch viel Luftwiderstand, sodass sie insgesamt ziemlich ineffizient sind. Es gab auch Dreidecker mit drei Hauptflugzeugen für noch mehr Auftrieb bei gleicher Spannweite. Die Piloten des Ersten Weltkriegs forderten die höchste Rollgeschwindigkeit, die am besten mit Doppeldeckern erreicht werden konnte.

In der Zeit zwischen den Weltkriegen ermöglichten die Verwendung von hochfestem Aluminium für Flugzeuge und die Monocoque-Flugzeugzelle, die Flugzeugzellen stärker zu machen. Dies bedeutete, dass Eindecker-Designs praktischer wurden, obwohl die älteren Flieger nicht glaubten, dass ein Eindecker stark genug sein könnte. Sobald Eindecker praktisch waren, ersetzten die Verbesserungen in Effizienz und Flugleistung Doppel- und Dreidecker.

In der Anfangszeit sieht es wirklich so aus, als hätten die Leute nicht wirklich herausgefunden, was am besten funktioniert

^{Horatio Frederick Phillips, 1904 Mehrdecker. Längster Flug 50 Fuß (15 Meter) Gianni Caproni, Ca.60. 1921. Absturz beim zweiten Flug}

Eine drahtverstrebte Kastenträgerstruktur kann wahrscheinlich eine bessere Festigkeit und Steifigkeit bieten als ein einzelner und viel längerer Holzholm.

Ein Vorteil mehrerer Flügel besteht darin, dass Sie kürzere Flügel haben können, was die Manövrierfähigkeit im Kampf verbessern kann

^{Fokker-Dreidecker. 1917}

Vielleicht ist eine bessere Frage, warum sich die Leute für nur zwei Flügel entschieden haben, wenn sie zwanzig hätten haben können?

Der Hauptgrund für mehrere Flügel in den Anfangsjahren der Luftfahrt war die mangelnde Verfügbarkeit von Materialien mit ausreichender Festigkeit.

Der Hauptvorteil des Doppeldeckers besteht darin, dass die Flügel für einen bestimmten Auftrieb kürzer sein könnten. In den Anfangsstadien der Luftfahrt waren die für die Herstellung von Flugzeugen verfügbaren Materialien Holz, dotierte Stoffe usw. Die daraus hergestellten Strukturelemente hatten nicht genug Festigkeit, was die Flügelgröße einschränkte.

Die frühen Flugzeuge hatten auch weniger leistungsstarke Triebwerke, was zu einer geringeren Geschwindigkeit führte. Vorteilhaft war in diesem Fall die geringere Stallgeschwindigkeit der Doppeldecker.

Die Doppeldecker hatten im Vergleich zu den Eindeckern eine sehr gute Manövrierfähigkeit (bessere Rollrate). Aus diesem Grund wurden im WWWI Dreidecker entwickelt .

^{„ SopTri3 “ von http://www.earlyaviator.com/archive/a/images/tripe_peggy.jpg . Lizenziert unter Public Domain via Commons .} Mit dem Aufkommen besserer Materialien wie Aluminiumlegierungen wurden jedoch die aerodynamischen Nachteile von Doppeldeckern deutlich und Eindecker wurden schnell zur bevorzugten Designwahl.

Da sich die Materialfestigkeit verbesserte, wurden die Streckungsverhältnisse immer größer, wobei zivile Flugzeuge eher mit Betriebsbeschränkungen (Flughafen) als mit Festigkeitsbeschränkungen in der Flügellänge konfrontiert waren.

Die Doppeldecker werden jedoch weiterhin verwendet. Die bessere Manövrierfähigkeit und die niedrige Stallgeschwindigkeit machen sie zu beliebten Kunstflugflugzeugen.

Tatsächlich gab es schon in den frühen Tagen eine ganze Reihe von Eindeckern:

1909: Bleriot XI überquert den Ärmelkanal
1910: Die Fokker Spider fliegt um den Kirchturm von Haarlem herum. Der junge Anthony ist 20 Jahre alt.

1912: Deperdussin Monocoque, das erste Design mit Rumpf mit gestresster Haut.
1913: Morane-Saulnier H

1915: Junkers J1
1915: Fokker EII: Max Immelmann

1915: Fokker E III
1918: Junkers D.1

1919: Junkers F-13
1921: Fokker F.III

1924: Fokker F.VII
1926: Ford Trimotor

1933: Boeing 247
1934: DC-2

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Obwohl einige frühe Flugzeuge mit freitragenden Flügeln konstruiert waren, die keine Drahtstützen benötigten, gab es dennoch eine Reihe von Gründen, warum das Doppeldecker-Design mit Drahtfachwerk lange Zeit in Gebrauch blieb. Wie jede neue Technologie braucht die Entwicklung Zeit. Die Entwürfe des Fokker-Designers Reinhold Platz während des Ersten Weltkriegs sind ein großartiges Beispiel. Seine dicken Flügel und Kastenholme waren ein solides Design, aber der Klebstoff war nicht unbedingt sehr stark und / oder die qualifizierten Arbeitskräfte für die Montage waren schlecht, was zu Problemen und Todesfällen führte. Das Holz ist nicht das Problem. Hochwertige Fichte hat tatsächlich etwa das gleiche Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht wie Flugzeugaluminium, obwohl das AL isometrischer ist, hat sich Holz bei richtiger Verwendung als würdig für den Flugzeugbau erwiesen. Als die Fokker-Boxholme versagten, sprach sich das schnell herum, und verursachte Angst und Abscheu bei Piloten, die gerne wussten, dass ihre Flügel nicht einklappen würden. Piloten mochten Doppeldecker nicht und wollten, "was wir bereits wissen, funktioniert". Der Dreidecker hatte Kastenholme und war echte Auslegerflügel ohne Verstrebungen und Streben, doch die Piloten wichen in großer Angst davon ab und weigerten sich, ihn zu fliegen. Also fügte Platz die Interplane-Streben hinzu, um alle drei Flügel an den Enden zusammenzubinden, nur um den Eindruck zu hinterlassen, den sie auf die Piloten machten. Kabel wurden jedoch eliminiert. Der Fokker D8-Eindecker hatte einen echten freitragenden Flügel, der auch früh einige Qualitätsprobleme aufwies, die natürlich normalerweise mit einem Tod enden, und das mochten die Piloten nicht. Kabelgebundene Eindecker hatten keine Vorteile, hohen Luftwiderstand, geringeren Auftrieb und schwächer als Doppeldecker. Piloten, Passagiere und Investoren mochten Doppeldecker. Designer haben ihr Wissen schließlich Piloten und der Öffentlichkeit bewiesen, aber wie bei allem anderen gibt es ein enormes psychologisches Element – ​​eine nicht ganz unbegründete Angst, die den Fortschritt verlangsamt. Militärs sind am schlechtesten darin, neue Ideen zu akzeptieren, mit einer langen Geschichte, in der sie nur das Bewährte und Wahre akzeptieren, ohne wirklich den Wunsch zu haben, Piloten einem unnötigen Risiko auszusetzen. Außerdem hatten Doppeldecker zwei deutliche Vorteile, einen angemessenen Auftrieb bei kürzerer Flügelspannweite, plus die damit verbundene hohe Rollrate, und die Festigkeit war und ist sehr gut, sie waren tatsächlich schwer zu schlagen.

Strukturelle Stärke war nicht der Hauptgrund für frühe Doppeldecker. Otto Lilenthal führte seine Segelflugexperimente in einer eindeckerähnlichen Struktur durch. Die Gebrüder Wright verfolgten seine Forschungen, wollten aber den Motorflug schaffen. Der früheste Motor hatte nicht genug Leistung. Ein Doppeldecker könnte bei langsamerer Geschwindigkeit mehr Auftrieb erzeugen. Ein Eindecker konnte das nicht. Das war der Hauptgrund für die Wahl eines Doppeldecker-Designs.

Es ist nicht so, dass Holz und Stoff nicht „stark genug“ Materialien waren, um Eindecker und längere Tragflächen zu bauen. (Das ist übrigens ein Plural. Es braucht kein 's' am Ende, auf das heutzutage immer mehr Leute setzen.) Peter Kampf macht zu Recht auf die hochmoderne hölzerne Monocoque-Rumpfstruktur der Deperdussin von 1912 und 1912 aufmerksam ein blick auf die langflügeligen holzgleiter der wasserkuppe etwas mehr als ein jahrzehnt nach dem ersten weltkrieg zeigt, wie abwegig die idee ist. Die beiden bereits erwähnten Merkmale bestimmten das Design und die Struktur des mehrflügeligen Flugzeugs: dünne Tragflächen, die bei frühen Flugzeugen verwendet wurden (das Wissen über die Tragflächenphysik war zu dieser Zeit verständlicherweise auch ziemlich dürftig) und der Wunsch nach einer hohen Rollrate. Diese Maschinen aus dem 1. Weltkrieg wurden von Journalisten immer als „schwach“ bezeichnet, aber sie waren alles andere als.