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Die elliptische Tragfläche der Spitfire, und warum sie so entstand

Dünn genug für Geschwindigkeit, tief genug für acht Maschinengewehre und ein einziehbares Fahrwerk. Die Ellipse löste beides auf einmal - und verzögerte dann fast zwei Jahre lang die Produktion.

Eine Spitfire erkennt man schon aus großer Entfernung, und dafür sorgt weder die Nase noch die Kanzel. Es ist die elliptische Tragfläche der Spitfire. Diese Form wurde Mitte der 1930er-Jahre in einem Konstruktionsbüro in Southampton festgelegt – und nicht nach optischen Gesichtspunkten.

Zwei Anforderungen, die in entgegengesetzte Richtungen ziehen

R. J. Mitchell leitete die Konstruktion bei Supermarine seit seinem 24. Lebensjahr. Seinen Ruf verdankte er Rennflugbooten: Die Spitfire Society hält fest, dass die S.5 beim Schneider-Trophy-Rennen 1927 mit 281 mph (rund 452 km/h) die Plätze eins und zwei belegte, die S.6 1929 mit 328 mph (528 km/h) gewann und eine S.6B den Pokal 1931 mit 340 mph (547 km/h) endgültig für Großbritannien sicherte. Sein erster Jagdflugzeugentwurf, der Type 224, wurde abgelehnt. Aus der Überarbeitung, dem Type 300, wurde die Spitfire.

Ihre Tragfläche musste zwei unvereinbare Dinge zugleich leisten. Sie musste dünn sein, denn Dicke bedeutet Widerstand, und das gesamte Argument für dieses Flugzeug hieß Geschwindigkeit. Und sie musste tief genug sein, um acht Maschinengewehre, deren Munition und ein einziehbares Fahrwerk aufzunehmen.

Eine Spitfire von direkt unten in einer engen Kurve, der volle Umriss der Tragfläche vor grauem Himmel — die elliptische Tragfläche im Grundriss.
Die Form, um die es geht. Von unten ist die Ellipse auf einen Blick zu sehen, ebenso die Waffenrohre in der Nasenkante und die Beulen über den Fahrwerksschächten — das, was der Flügel schlucken musste. · Adrian Pingstone (Arpingstone) · Public domain

Warum die elliptische Tragfläche der Spitfire beides beantwortet

Der theoretische Teil ist unstrittig. Die Traglinientheorie zeigt, dass der induzierte Widerstand am geringsten ist, wenn sich der Auftrieb elliptisch von Flügelspitze zu Flügelspitze verteilt – das Lehrmaterial der NASA sagt das und nennt dabei das Flugzeug:

Die herausragenden aerodynamischen Leistungen der britischen Spitfire des Zweiten Weltkriegs sind zum Teil ihrer elliptisch geformten Tragfläche zuzuschreiben, die dem Flugzeug einen sehr geringen induzierten Widerstand verschaffte.

Der praktische Teil stammt von dem Mann, der sie gezeichnet hat. Beverley Shenstone, der kanadische Aerodynamiker in Mitchells Team, beschrieb die Entscheidung ohne jeden Verweis auf Eleganz:

Die Ellipse war schlicht die Form, die uns die dünnstmögliche Tragfläche erlaubte – mit gerade so viel Platz im Inneren, um die nötige Struktur und all das unterzubringen, was wir hineinstopfen wollten.

Das ist eine Aussage über Bauraum, und sie ist die nützlichere von beiden. Ein elliptischer Grundriss behält Flügeltiefe – und damit absolute Bauhöhe – genau dort, wo Holm, Waffenschächte und Fahrwerkskästen sie brauchen, während das Profil selbst relativ dünn bleibt. Die Spitfire nutzte ein Profil der NACA-2200-Reihe mit einer relativen Dicke von rund 13 Prozent an der Wurzel, nach außen auf etwa 9,4 Prozent abnehmend. Die veröffentlichten Werte weichen zwischen den Quellen leicht voneinander ab; das Argument dahinter nicht.

Woher der Grundriss kam, ist eine eigene und bis heute offene Frage. Im Journal of Aeronautical History der Royal Aeronautical Society erschien J. A. D. Ackroyds Aufsatz „The Spitfire Wing Planform: A Suggestion“, der dafür argumentiert, dass die Doppelellipse eher auf Prandtls Arbeiten zur endlichen Tragfläche in Göttingen zurückgeht als auf einen einzelnen Einfall bei Supermarine.

Was die Form gekostet hat

Viel – und beinahe den Krieg, für den man sich an dieses Flugzeug erinnert. Die Präzision, die Holm und Nasenstruktur verlangten, führte zu schweren Produktionsverzögerungen, und die wurden schlimmer, als die Arbeit an Betriebe vergeben wurde, die keine Erfahrung mit metallbeplankten Hochgeschwindigkeitsflugzeugen hatten. Der Großteil der Probleme war im Juni 1939 ausgeräumt – etwa vierzehn Monate, bevor es am meisten darauf ankam.

Eine Arbeiterin nietet ein Flugzeugbauteil in einer Kriegsfabrik, beobachtet von einem Mann im dunklen Mantel.
Spitfire-Montage im Werk Castle Bromwich in Birmingham, September 1941. Die Präzision, die der Flügel verlangte, hielt das Flugzeug auf — und es dauerte fast zwei Jahre, das aus der Fertigung herauszubekommen. · William George Horton / Imperial War Museums · Public domain (UK Government work)

Der Prototyp K5054 flog am 5. März 1936 erstmals von Eastleigh, am Steuer der Vickers-Cheftestpilot „Mutt“ Summers. Selbst dieses Datum ist nicht ganz gesichert: Die Battle of Britain Memorial Flight der RAF weist darauf hin, dass Jeffrey Quill, der die Maschine kurz darauf flog, den Erstflug auf den 6. März datierte.

Die Auslieferungen liefen zunächst schleppend. 1.566 Spitfire I wurden gebaut. Die No. 19 Squadron erhielt die ersten im August 1938, bei Kriegsausbruch waren neun Staffeln ausgerüstet, im Juli 1940 waren es neunzehn.

Die Form überlebte den Streit

Mitchell starb am 11. Juni 1937 mit 42 Jahren. Eine Spitfire-Staffel hat er nie gesehen. Die Arbeit lief ohne ihn weiter: 24 Baumuster, 20.351 Flugzeuge – und die Spitfire wurde das einzige britische Jagdflugzeug, das vor, während und nach dem Zweiten Weltkrieg durchgehend in Produktion blieb.

Die Motoren änderten sich, die Bewaffnung änderte sich, und der Grundriss blieb die ganze Zeit lesbar. Das ist das Ungewöhnliche daran. Die meisten Jäger jener Jahre erkennt man an einer Nase oder an einem Leitwerk. Diesen erkennt man an einer Entscheidung über induzierten Widerstand und über die Unterbringung der Waffen.

Der Druck – und was wir dazu nicht behaupten

Dockside Daydream zeigt eine Spitfire dort, wo man sie normalerweise sieht: klein, hoch und auf dem Weg woandershin, über einer Gestalt, die auf einem Steg sitzt. Das Flugzeug ist in diesem Bild das Wetter, nicht das Motiv – und genau deshalb funktioniert es an einer Wand, die kein Museum ist.

Was wir Ihnen nicht sagen werden: welches Baumuster es ist, wann die Aufnahme entstand oder worüber sie fliegt. Nichts davon ist in unseren Unterlagen festgehalten, und eine Bildunterschrift, die nur autoritativ klingen soll, ist schlechter als gar keine. Das Flugzeug ist bis zur letzten Niete dokumentiert. Diese eine Fotografie davon ist es nicht – und das sagen wir lieber, als zu raten.

Gedruckt auf 200 g/m² FSC-zertifiziertem Archiv-Mattpapier, Pigment-Giclée mit 300 dpi, auf Bestellung gefertigt und innerhalb von 72 Stunden in der Presse. Rahmung von 27 × 35 cm bis 70 × 100 cm, Massivholz, von Hand konfektioniert, Aufhängung rückseitig montiert.

Das zweite Flugzeug der Kollektion hat dieselben Konstruktionsfragen fast gegenteilig beantwortet – deshalb war die P-47 Thunderbolt so schwer. Und wenn Sie eine Maschine mitten in der Bewegung suchen: Die Rechnung hinter einer Kurve ist am Boden dieselbe – wie ein Rennmotorrad tatsächlich um die Kurve kommt.

Häufige Fragen

Warum war die Tragfläche der Spitfire elliptisch?

Zwei Argumente führten zur selben Antwort. Die Traglinientheorie besagt, dass eine elliptische Auftriebsverteilung den geringsten induzierten Widerstand ergibt — die Form war also schnell. Sie war zugleich die Antwort auf ein Platzproblem: Beverley Shenstone nannte die Ellipse schlicht die Form, die den dünnstmöglichen Flügel mit ausreichend Raum im Inneren erlaubte.

Machte die elliptische Tragfläche die Spitfire wirklich schneller?

Der aerodynamische Teil ist unstrittig: NASA-Lehrmaterial schreibt dem Flügel einen sehr geringen induzierten Widerstand zu. Bei der Form ging es aber nie allein um Widerstand. Das Profil musste dünn bleiben, an der Wurzel etwa dreizehn Prozent relative Dicke und zur Spitze hin rund neun Prozent.

Hat die Flügelform die Produktion verzögert?

Erheblich. Die Präzision, die Holm und Nasenkantenstruktur verlangten, führte zu schweren Verzögerungen, die sich verschärften, als die Arbeit an Firmen ohne Erfahrung mit schnellen Ganzmetallflugzeugen vergeben wurde. Das meiste war bis Juni 1939 behoben, rund vierzehn Monate bevor es wirklich darauf ankam.

Welche Version der Spitfire zeigt der Druck Dockside Daydream?

Wir wissen es nicht und raten nicht. Nichts in unseren Unterlagen hält Version, Datum oder Aufnahmeort fest, und eine erfundene Bildunterschrift wäre schlechter als gar keine. Zu sehen ist auf Dockside Daydream eine Spitfire, klein und hoch über einer Gestalt, die auf einem Steg sitzt.

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