Sir George Cayley - Urvater der modernen Luftfahrt

Erste Definition zum Prinzip des Fliegens

Dieser Engländer war nach Auffassung der meisten Luftfahrt-Historiker der erste Wissenschaftler, der die Erkenntnisse seiner Zeit und die seiner Vorgänger zusammentrug und auswertete. Bereits 1799 formulierte er mit 26 Jahren die erste Definition zum "Prinzip der Luftfahrt". Er schrieb: "Das ganze Problem des Fluges bewegt sich in den Grenzen, dass eine Fläche durch die Aufwendung einer Kraft gegen den Widerstand der Luft für ein bestimmtes Gewicht tragfähig gemacht werden muss."

Weiterhin führte er in seiner Arbeit aus, dass diese in Flugrichtung schräg geneigte Fläche mit einem Antriebsaggregat, welches eine Vortriebsleistung entwickelt, versehen werden muss und somit der eigentliche Kern des Fluggedanken sein muss. Sehr deutlich ist hier auch sein Wissen um die Flugeigenschaften eines Flugdrachens zu erkennen.

Die Silberscheibe von Scarborough

Im gleichen Jahr fertigte er auch die erste Skizze eines Gleitflugzeuges an, welches eine Person tragen sollte. Durch seine theoretischen Erkenntnisse zu den angreifenden Kräften an einer tragenden Fläche erkannte er zwei wichtige Grundelemente der Aerodynamik - den Auftrieb an der Fläche als hebende und den Widerstand der Fläche als hemmende Kraft.

In diesem Zusammenhang ist eine Silberscheibe von der Größe eines britischen Schilling zu erwähnen, welcher auf der einen Seite eine trigonometrische Gravur und auf der anderen Seite die Darstellung einer Flugmaschine, seine persönlichen Initialen und die Jahreszahl 1799 aufwies. Dieses Kleinod wurde erst im November 1925 in der kleinen Küstenstadt Scarborough in Nordengland entdeckt, nachdem dieses von einem Mitglied der Familie bei der Firma Richard Smith and Sons, einem Uhrmacher und Silberschmied, in Zahlung gegeben wurde.

Die trigonometrische Skizze auf der kleinen Scheibe stellt das theoretische Prinzip des Auftriebs an einer angestellten Fläche dar. Weiterhin sind auch sehr klar die Ausbildungen eines "Höhen- und Seitenleitwerks" zu erkennen. Somit hatte Cayley ebenfalls die Wichtigkeit zur Erhaltung der Längs- und Richtungsstabilität während des Fluges erkannt.

Das erste Gleitflugmodell seiner Art

Im Jahre 1804 baute Cayley sein erstes Gleitflugmodell. Es war das Erste seiner Art in der Geschichte der Luftfahrt. Eine starke Anlehnung an die Drachenkonfiguration war nicht zu leugnen. Es folgten viele Modelle dieser Bauart, welche mit ihrer Zahl auch immer größer wurden. Diese Modelle zeigten allesamt sehr gute Flugeigenschaften und wurden in unzähligen Tests bei jeden nur erdenklichen Wetterlagen erprobt.

Sein größtes Modell hatte eine Flügelfläche von rund 30 m² und wog 60 kg. Auch dieses Modell war sehr flugstabil und wurde mit Ballast von der Spitze eines Berghügels erprobt. Nach Überlieferungen soll sogar ein Jugendlicher einige Meter weit von dem Gleiter getragen worden sein.

Die drei Merkmale der Flugstabilität

Im Jahr 1809 veröffentlichte Cayley eine wissenschaftliche Niederschrift mit dem Titel "On Aerial Navigation". Alle seine Erfahrungen, die er mit den Flugmodellen machte, alle seine Erkenntnisse fasste er in dieser Arbeit zusammen. Er unterschied erstmalig die Längs-, Quer- und Richtungsstabilität und gab Empfehlungen für die Bauart der Tragflächen.

Er erkannte den Zusammenhang von Form und Wirkungsweise dieser Bauteile und definierte die drei Merkmale der Flugstabilität wie folgt: die Querstabilität, zu erreichen durch eine leichte positive V-Stellung der Tragflächen, die Längsstabilität durch die Installation eines "Höhenleitwerks" und die Richtungsstabilität durch die Verwendung eines "Seitenleitwerks". Diese drei von ihm erkannten Merkmale der Flugstabilität interpretierten gewissermaßen schon die noch heute gültigen Grundprinzipien der Flugmechanik.

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Stromlinienform und gewölbter Flügel

Weiterhin führte er Versuche zur Ermittlung des Druckmittelpunktes und des Schwerpunktes durch und fand mit Hilfe eines einfachen Rundlaufgerätes heraus, dass gewölbte Flügelprofile, wie bei den Vögeln, bedeutend mehr Auftrieb erzeugten als gerade Flächen. Mit einem Satz gesagt; er hat mit diesem Werk den Grundstein für die weitere Entwicklung der Aerodynamik gelegt.

Er fand die ideale Form eines sich in der Luft bewegenden Flugkörpers heraus, die Stromlinienform, und entdeckte, dass gewölbte Tragflächen höheren Auftrieb erzeugten als gerade geneigte Flächen. In seinen zahlreichen Versuchen stellte er schon die unterschiedlichen Luftströmungen an tragenden Flächen fest.

Cayley dachte sicherlich auch an die Verwendung eines Antriebsaggregates, um sein Fluggerät in die Luft zu befördern, erkannte aber auch, dass die bis dahin entwickelten Dampfmaschinentypen noch zu schwer für seine Konstruktionen waren.

Der erste bemannte Gleitflug

Bis 1853 hat Cayley mehrere Versuche mit Gleitern unternommen, von denen einer mit einer Zuladung 180 m weit geflogen sein soll. Ein weiterer bemannter Flug ist überliefert. Cayley, im hohen Alter von 80 Jahren, baute einen Doppeldecker-Drachengleiter und transportierte ihn auf einen Hügel nahe bei Brompton. Er setzte seinen Kutscher hinein und ließ ihn den Hügel hinab schieben bis dieser abhob und ca. 130 m weit flog. Dies war, wenn es so gewesen ist, der erste bemannte Gleitflug in der Geschichte der Luftfahrt und das Jahre vor Otto Lilienthals ersten Versuchen. Alle seine Modelle, auch die großen Apparate, die Cayley baute, hatten eine ausgezeichnete Flugstabilität.

Richtungweisend für alle nachfolgenden Pioniere

Oft auch als "Vater der britischen Luftfahrt" bezeichnet, bewiesen seine verschiedenen Schriften, dass sein ganzes Leben der Luftfahrt gehörte. Durch die Veröffentlichung seiner Theorien und praktischen Versuche in einer Vielzahl von wissenschaftlichen Magazinen, zum Beispiel dem Mechanic's Magazine, dem Nicholsons Journal oder dem Philosophical Magazin, konnten seine Erfahrungen international für jedermann zugänglich gemacht werden und viele nachfolgende Luftfahrt-Pioniere konnten ihre Arbeiten darauf aufbauen.

Cayley baute die ersten einwandfreien flugfähigen Gleitflugmodelle und war unbestritten der erste richtungweisende Gelehrte in der Entwicklung der Flugtechnik. Fast visionär äußerte er schon 1809, dass die Luftfahrt ein überaus hervorragendes Merkmal im Fortschritt der Zivilisation sein wird. Es dauerte aber fast 40 Jahre bis die Entwicklung des Gleitflugapparates ihren Fortlauf nahm.

Quellen:

• G. Cayley, On Aerial Navigation, 06.09.1809, Brompton / Great Britain, Abschrift des Reprint vom Nicholson's Journal, Ausgabe November 1809
• E. Charles Vivian, A History of Aeronautics, 1920, Kapitel III