Flugspirale

Flugspirale (Zeichnung von Leonardo da Vinci.)

Die Flugspirale ist ein 1483 von Leonardo da Vinci erfundenes Fluggerät. Leonardo da Vinci nannte seine Erfindung „Helix Pteron“ (von griechisch έλιξ, helix = Wendel, und pteron = Flügel). Es wendet damit bereits die Prinzipien des Hubschraubers an.

Die Flugspirale

Das Prinzip des Auftriebs bei Flugspiralen war vor Leonardo bereits den Chinesen bekannt, die es schon vor 2500 Jahren im Spielzeug „Fliegender Kreisel“ genutzt hatten.

Aufbau

Auf einer kreisförmigen Plattform steht in der Mitte eine runde Stange. Sie wird von drei Seiten durch schräge Träger aus Schilfholz abgestützt, an deren oberen Enden ein Rundholz sitzt, das in der Mitte ein rundes Loch für die Stange hat. Die Spirale aus Leinentuch, mit einem Durchmesser von rund fünf Metern, wird durch Eisendrähte mit einem Ring verbunden, der sich um die Plattform dreht. Angetrieben wird die Spirale durch vier auf der Plattform stehende Personen, die im Kreis laufen.

Funktionstüchtigkeit

Leonardos Erfindung konnte nicht verwirklicht werden, weil ihm ein angemessen leichtes, stabiles Material und ein starker Antrieb fehlte, der leistungsfähig genug war, größere Massen in die Luft zu heben. Es sollte noch etwa 450 Jahre dauern, bis der erste wirkliche Hubschrauber entwickelt war. Allerdings war ein Teilaspekt vom Prinzip des Auftriebs entdeckt. Leonardo soll es gelungen sein, kleine, federgetriebene Hubschrauber zum Fliegen zu bringen.

Richtig war sein Satz: „Wenn dieses Instrument in Schraubenform gut gemacht ist, d.h. aus Leinentuch und seine Poren mit Kleister verstopft, und wenn man es dazu bringt, sich schnell zu drehen, so stellt sich heraus, dass diese Schraube in der Luft als Flügel wirkt und sehr hoch steigt.“

Auftrieb der Flugspirale

Leonardo verwendete bei seiner Flugspirale schräg gestellte, feste Leinwand. Drehte sich diese Leinwandspirale, so schraubte sie sich nach oben, da die Luftteilchen durch die Schrägung der dichten Leinenspirale – wie beim Drachen – gehindert wurden, oberhalb der Schräge ihren Weg fortzusetzen. Durch den Aufprall unten gegen die Leinwand wurden sie nach dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel) nach unten abgelenkt. Dadurch entstand unterhalb ein Überdruck, oberhalb der Spirale fehlte diese Luft; hier entstand ein Unterdruck. Die Flugspirale wurde nach oben gedrückt und zugleich gesaugt. Dieser Auftrieb wurde so in der Flugspirale ausgenutzt.

Mit diesem Auftrieb allein, kann aber kein Hubschrauber fliegen. Der Antrieb entsteht durch den hinzukommenden Anstellwinkel, die Wölbung der Rotorblätter. Dadurch hat der Luftstrom über dem Rotorblatt eine längere Strecke zurückzulegen als der untere. Da sich beide Seiten jedoch gleichzeitig durch die Luft bewegen, muss der obere Luftstrom schneller fließen, um die größere Entfernung zeitgleich mit dem unteren Luftstrom zurückzulegen. Diese unterschiedlichen Geschwindigkeiten erzeugen einen niedrigen Druck über dem Rotorblatt und einen höheren darunter. Oberhalb des Rotorblattes ist die Luftmenge auf eine längere Strecke verteilt. Da unter dem Blatt mehr Druck vorhanden ist, wird es nach oben gedrückt, gleichzeitig wird das Blatt durch den Unterdruck oberhalb des Rotorblattes nach oben gezogen. Diese Kraft ist der Auftrieb, den wir auch beim Flugzeug mit seinen gewölbten Seitenflügeln kennen. Der Auftrieb durch Anstellwinkel und gewölbte Rotorblätter lassen heute den Hubschrauber trotz seines hohen Gewichts senkrecht in die Luft steigen.

Ein Modell der Flugspirale ist im Hubschraubermuseum Bückeburg ausgestellt.

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  Modell einer Flugspirale im Schloss Clos Lucé, Frankreich

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  Modell einer Flugspirale im Museo Nacional Aeronáutico, Santiago de Chile

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  Modell einer Flugspirale im Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia, Mailand