Ein Bodeneffektfahrzeug - auch Ekranoplan (russisch экраноплан, englisch wing-in-ground-effect oder WIG) - ist ein Flugzeug, das in geringster Höhe über ebene Oberflächen, meist Wasser, fliegt, um den Bodeneffekt auszunutzen.

Der Bodeneffekt beruht darauf, dass sich unter den Tragflächen und dem Rumpf eines Luftfahrzeuges in Bodennähe während des Fluges durch die Luft eine Luftrolle bildet, die sich mit dem Flugzeug fortbewegt. Der Wirkungsgrad der Tragfläche wird somit verbessert und der Rumpf der meisten Fluggeräte erhält überhaupt erst einen aerodynamischen Wirkungsgrad. Der bei gleichem Luftwiderstand durch den Bodeneffekt deutlich vergrößerte dynamische Auftrieb macht den Bodeneffektflug wirtschaftlicher als den Flug in größeren Höhen.

Ein zweiter Effekt, der den größten Anteil an der Erhöhung des Wirkungsgrades eines Bodeneffektfahrzeuges hat, ist das Wegfallen des unteren Teils der Wirbelschleppe. Die Wirbelschleppe bildet sich am Ende einer Tragfläche eines jeden Flugzeuges und stellt einen großen Teil des Luftwiderstands dar. An „normalen“ Flugzeugen versucht man den Widerstandsbeiwert zu verbessern, indem man die Tragflächenenden mit sogenannten „Winglets“ versieht. Da die Wirbelschleppe sich jedoch nur in der Luft ausbreiten kann, wird im Tiefflug der untere Teil der Wirbelschleppe vom Boden oder der See abgeschnitten.

Bei Bodeneffektfahrzeugen ist die Tragfläche jedoch im Verhältnis zur Rumpflänge kürzer, als bei Fluggeräten, die den Bodeneffekt verlassend in größeren Flughöhen operieren sollen. Und da die Wirbelschleppe sich von den Tragflächenspitzen aus nach hinten kegelförmig ausbreitet, können sich bei einem Bodeneffektfahrzeug die Kegel der Wirbelschleppen der beiden Tragflächenenden noch vor dem Rumpfende treffen. Wenn das geschieht, sinkt das Heck schlagartig ab und das Bodeneffektfahrzeug steigt steil in die Höhe, um dann, - den Bodeneffektflug verlassend, - seine Mindestfluggeschwindigkeit zu unterschreiten und durch einen Strömungsabriss an den Tragflächen abzustürzen.

Es gibt fünf Möglichkeiten, dem zu begegnen. Zum Einen kann man das Heckleitwerk so hoch bauen, dass das Zusammentreffen der Wirbelschleppen das Höhen- und das Seitenruder nicht erreichen.

Außerdem kann man die Spannweite vergrößern, damit die Wirbelschleppen sich garantiert erst weit hinter dem Bodeneffektfahrzeug treffen. Das würde allerdings die Manövrierfähigkeit negativ beeinflussen. Außerdem stiege das Leergewicht signifikant an.

Man kann die Steuerung mit sogenannten „Entenflügeln“ vom Heck an den Bug verlegen.

Man kann den Gewichtsschwerpunkt nach vorne verlegen.

Man kann die Tragflächen so formen, dass die Wirbelschleppe sich nicht kegelförmig, sondern verzwirbelt nach hinten ausbreitet und dieser Zwirbel ausgerechnet das Heck des Bodeneffektfahrzeuges nicht berührt.

Und man kann die Elektronik das Flugzeug fliegen lassen, um dem plötzlichen Aufsteigen rechtzeitig begegnen zu können.

Im Westen war es üblich rein aerodynamische Wege zu finden. Im Osten brachte man alle Triebwerke nach vorne, verlagerte also das Gewicht, baute das Heckleitwerk möglichst hoch und ließ die Elektronik (analoge Rechner und Röhrentechnologie) den Piloten unterstützend das Fliegen übernehmen.

Im Bodeneffekt halten Bodeneffektfahrzeuge, abgesehen vom obigen Problem des plötzlichen Hochschießens, ihre Flughöhe eigenstabil. Beim „Kaspischen Seemonster“ ist die Wirtschaftlichkeit des Bodeneffekts so enorm, dass, wenn der Bodeneffekt einmal erreicht worden ist, nur noch 2 der 10 Triebwerke arbeiten müssen, um das Fluggerät voll beladen und höhenstabil auf Reisefluggeschwindigkeit zu halten. Die anderen Triebwerke werden nach Erreichen des Bodeneffekts und der Reisefluggeschwindigkeit abgeschaltet.

Bei erhöhter Antriebsleistung können die meisten Bodeneffektfahrzeuge kurzfristig auch in den freien Flug übergehen, z. B. um Hindernisse zu überwinden.

Die als Surface Effect Ships bezeichneten Hybride aus Schiff und Luftkissenfahrzeug, aber auch reine Luftkissenfahrzeuge, sind keine Bodeneffektfahrzeuge im eigentlichen Sinn, da sie ihren „Schwebeffekt“ nicht aerodynamisch durch den Vortrieb erreichen, sondern „autoerzeugt“ durch einen oder mehrere nach unten gebündelte(n) Luftstrahl(en), der (die) zwischen Seitentaschen „gefangen“ ist (sind) und während des Vortriebes „mitgenommen“ wird (werden). Der namensgebende Begriff surface effect ist an dieser Stelle vom Bodeneffekt (engl. ground effect) zu unterscheiden.

Die an einer Stelle schwebenden Hubschrauber befinden sich im übrigen in diesem Moment des „Hover“ns auch in geringen Flughöhen nicht im Bodeneffekt, da sie in diesem Moment streng aerodynamisch betrachtet eher übermotorisierten Luftkissenbooten ohne Seitentaschen gleichen und nicht den auf „Luftrollen“ „reitenden“ Bodeneffektfahrzeugen.

Befindet sich ein Hubschrauber jedoch im Tiefflug in Bewegung, kann er, wie jedes andere Fluggerät auch, in einen ökonomisch sinnvollen Bodeneffektflug geraten.

Im Überschallflug befindliche Luftfahrzeuge sind jedoch auch in kleinster denkbarer Flughöhe nicht mehr dazu in der Lage, in den Genuss irgend eines Bodeneffektes zu gelangen, da die o.a. „Luftrolle“ bei Überschallgeschwindigkeit „überholt“ und „abgehängt“ wird.

Bei Zeppelinen, Blimps und anderen (Halb-) Luftschiffen ist der Bodeneffekt ein überhaupt nicht gewünschtes, weil die Struktur gefährdendes Phänomen, weshalb diese Fluggeräte gerne in Flughöhen ab eineinhalbfacher Rumpflänge betrieben wurden und werden. Dieses Beispiel dokumentiert auch, dass der Bodeneffekt nicht alleine von der Existenz irgendwelcher Tragflächen abhängig ist, sondern, dass auch der egal wie geformte Rumpf eines Fluggerätes zum Bodeneffekt beiträgt.

Im Westen wurden die ersten erfolgreichen Tests von reinen als Bodeneffektfahrzeuge entworfenen Fluggeräten 1971 mit der von Professor Alexander Lippisch entwickelten X-113 durchgeführt. Eine Reihe von Testflügen über dem Bodensee bestätigten des Funktionsprinzip, zeigten aber, dass der für den Praxisbetrieb wichtige stabile Flugzustand mit dem Prototyp von nur 5,89 m Spannweite so dicht über der Oberfläche erzielt wurde, dass der geringste Wellengang einen Flug im Bodeneffekt unmöglich machte. Aufbauend auf der X-113 wurde im Auftrag des Bundesverteidigungsministeriums von der Firma Rhein-Flugzeugbau das sechssitzige, amphibische Muster RFB X-114 als Erprobungsträger gebaut, bevor die Entwicklung von Bodeneffektfahrzeugen in Deutschland aufgegeben wurde.

Grund für die Aufgabe der Konstruktionsidee reiner Bodeneffektfahrzeuge in Westeuropa sind die hier strikt vorgeschriebenen Mindestflughöhen, die dazu führen, dass ein Bodeneffektfahrzeug entweder nur über Wasser fliegen darf, wo es sowieso als Wasserfahrzeug gilt, also vom Piloten neben der Pilotenlizenz auch noch eine seemännische verlangte, was zwar ein durchaus zu beseitigendes Ausbildungs- und Personalproblem darstellt, andererseits den Einsatz dieser Fluggeräte über Land unmöglich macht.

Ekranoplan

Die sowjetische Marine baute unter dem Namen Ekranoplan eine Anzahl sehr großer Bodeneffektfahrzeuge, wovon im Westen durch Satellitenaufnahmen erstmals das Caspian Sea Monster („kaspisches Seeungeheuer“) bekannt wurde. Es entstand 1964 und hatte eine Spannweite von nur 40 m bei einer Länge von 106 m und einem Gewicht bis zu 540 t - seinerzeit das doppelte der schwersten Flugzeuge. Angetrieben von 10 Strahltriebwerken, erreichte die Maschine bis zu 750 km/h bei 28 t Nutzlast. Allerdings wurden 8 von den 10 Triebwerken allein für das Abheben von der Wasseroberfläche benötigt. Sie war darauf ausgelegt, Atomraketen zu tragen und zu starten.

Der militärische Vorteil dieser Maschinen gegenüber Schiffen und U-Booten lag darin, dass sie keinen Tiefgang hatten und daher nicht vom Sonar erfasst wurden; gegenüber Flugzeugen bestand der Vorteil neben der großen Nutzlast in der geringen Flughöhe, was die Radarerfassung erschwerte.

Der technische Fortschritt hat jedoch beide Vorteile inzwischen beseitigt. Moderne U-Boote können durchaus auch Tiefflieger, Hubschrauber und Bodeneffektfahrzeuge wahrnehmen. Und die Möglichkeiten moderner Satellitenüberwachungen und Überwachungsflugzeuge beseitigten das Flugüberwachungsradarloch in niedrigen und niedrigsten Flughöhen.

In einem alten Industriekomplex in Nowgorod lagert heute noch ein Gigant unter den Bodeneffektfahrzeugen: Die 73m lange und 25m hohe Spasatel sollte als Rettungsfahrzeug bis zu 500 Passagiere befördern. Obwohl die Mittel des Projekts gestrichen wurden, arbeiten enthusiastische Mitarbeiter immer noch an der Fertigstellung des Fahrzeugs.

Das Bodeneffektluftkissenfahrzeug

Kombinierte Fahrzeuge aus Luftkissenfahrzeug und Bodeneffektfahrzeug werden z.B. von einem Hersteller in den USA unter der geschützten Bezeichnung „Hoverwing“ hergestellt und beruhen auf der konstruktiven Idee, aus den sehr durstigen Luftkissenfahrzeugen ökonomisch sinnvoller zu betreibende Geräte zu machen, was die Betriebskosten deutlich senken und für alle Anwender die möglichen Reichweiten von Luftkissenfahrzeuge deutlich erhöhen würde. Außerdem könnten wirklich große Bodeneffektluftkissenfahrzeuge überall (auch an Land) starten, landen und betrieben werden (mit den o.a. rechtlichen Einschränkungen für Westeuropa).

Mit einem reinen Bodeneffektfahrzeug, wie einem der großen Ekranoplans, ist das Landen und Starten an Land auf Grund gewaltiger Start- und Landestrecken nicht möglich, ohne die derzeit existierenden Start- und Landebahnen der Landflugplätze deutlich auszubauen. Abgesehen davon, dass bei wirklich großen Bodeneffektfahrzeugen neben der Start- und Landebahnproblematik auch das teure Problem eines Fahrwerk gelöst werden müsste.

Weblinks

• Giganten am Himmel
• ZDF - Wunderbare Welt: "Ekranoplan - Das Monster vom Kaspischen Meer"
• Center of Ekranoplan Technologies "ALSIN" (englisch, russisch, spanisch)
• Russian Avation Page: Ekranoplans
• Julian Edgar: Between Wind and Waves: Ekranoplans.
• Französische Site über Ekranoplanes

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