Die Nutzung der Sonnenenergie als Antriebsquelle ist für Segelflieger eigentlich nichts Neues: Schon seit den 20er Jahren fliegen sie mit der thermischen Energie der von der Sonne erwärmten, aufsteigenden Luft. Zur erfolgreichen direkten Umwandlung der Sonnenstrahlung in elektrische Energie zum Antrieb eines Elektroflugzeuges kam es erst 60 Jahre später: Mit einer Konstruktion Paul MacCready’s gelang sogar die Überquerung des Ärmelkanals. Diese ersten Solarflugzeuge waren extrem leicht und fragil gebaut, schon leichte Böen brachten sie in unkontrollierte Fluglagen oder gar zum Auseinanderbrechen. Große Verdienste um die Entwicklung der Solarfliegerei erwarb sich die Stadt Ulm: Mit ihrer Anfang der 90er Jahre zur Ehrung der Flüge Albrecht Ludwig Berblingers, des Schneiders von Ulm, erfolgten Ausschreibung eines Wettbewerbes zur Entwicklung eines praxistauglichen Solarflugzeuges startete sie Aktivitäten rund um den Globus. Von den zunächst über 30 gemeldeten Projekten war bis zum Abschluß des Wettbewerbes am 7. Juli 1996 in Laupheim ein einziges flugklar: Der Motorsegler Icaré 2 der Stuttgarter Uni wurde überlegener Gewinner des mit 100.000 DM dotierten Preises der Stadt Ulm. Ein Mitbewerber, Günter Rochelts UL-Konstruktion Solair II, ist inzwischen auch erfolgreich geflogen. Auf dem Idafliegtreffen 1999 hatte Fliegermagazin als erste Luftfahrtzeitschrift Gelegenheit, die Icaré 2 im Eigenstart „solarzufliegen“.

Bei der Konstruktion der Icaré mußte man auf allen Gebieten an die Grenzen des Machbaren gehen.Es galt, die Forderungen nach geringstem Gewicht, größtmöglicher Solarzellen-Fläche, besten

Flugleistungen und optimalem Antriebswirkungsgrad unter einen Hut zu bringen. Zudem sollten auch die üblichen Festigkeitsanforderungen für Motorsegler erfüllt werden. Die Stuttgarter Uni ging die Aufgabe im Teamwork an: Professor Rudolf Voit-Nitschmann vom Bereich Flugzeugentwurf koordinierte die Zusammenarbeit von sieben Instituten der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik der Stuttgarter Uni. Die ließen jeweils den aktuellen „Stand der Technik“ ihrer Fachgebiete in die Konstruktion einfließen. Der 12 kW leistende Antriebsmotor mit einem Wirkungsgrad von 92% wurde an der Uni Braunschweig entwickelt. Die in der Praxis der Faserverbundbauweise erfahrenen Studenten der Akademischen Fliegergruppe (Akaflieg) Stuttgart zeichneten für einen großen Teil des Icaré-Baus verantwortlich. Ebenso anspruchsvoll wie die Konstruktion selbst war ihre Finanzierung: Das Engagement des Generalsponsors Prof. Dr. Ing. e.h. Artur Fischer, Ehrensenator der Stuttgarter Uni, ermöglichte gemeinsam mit dem baden-württembergischen Ministerium für Wissenschaft und Forschung sowie diversen Wirtschaftsunternehmen die bisher insgesamt 1,6 Millionen Mark teure Entwicklung.

Die Icaré 2 ist ein Meisterstück des Leichtbaues: Nur 200 Kilo wiegt die flugfertige Struktur des 25-Meter-Seglers mit einer Flügelfläche von 25 Quadratmetern. Dazu kommen 80 Kilo für den Antrieb, der aus Motor, Propeller, 20 Quadratmetern Solarzellen und vier NC-Akkupacks als Energiepuffer besteht. Zur Montage gehört bei jedem solarzellen-belegten Teil auch das Anstecken der Zuleitungen: Zuerst wird das Flügelmittelteil von hinten auf den Rumpf gelegt und vorgeschoben, so daß der vordere Bolzen greift. Zwei Hauptbolzen, eher als Stahlhülsen zu bezeichnen, werden mit einem speziellen Haltewerkzeug seitlich unter dem Flügel eingesetzt und gesichert. Querruder und Bremsklappen schließen sich automatisch an. An den Außenflügeln werden die Querruder vor dem Einschieben manuell angeschlossen. Zuletzt werden die kleinen „Ohren“ auf die Flügelenden gesteckt. Den Abschluß bildet die Montage des großen, ebenfalls solarzellenbelegten Pendel-Höhenruders in „schwindelnder Höhe“.

Für den Start braucht man Energie. Dazu müssen die vier Akkupack-Stangen vor dem Einbau an ihrem Platz hinter dem Pilotensitz mit insgesamt 915 Wattstunden geladen werden. Morgens scheint die Sonne meist noch nicht energieintensiv, dann erledigt dies ein Ladegerät in rund einer Stunde. Nach einem gründlichen Check ist die Icaré flugfertig.

Das Cockpit ist vertraut - der Rumpfvorderteil basiert auf Schleicher’s ASW-15 Form und unterscheidet sich nur durch die gewichtsoptimierte Materialwahl und Ausstattung von herkömmlichen Segelflugzeugen. Dahinter ist ein „abgespecktes“ BRS-Gesamtrettungsgerät eingebaut, sein Auslösegriff auf der rechten Konsole. Vorsichtshalber wird die Icaré zusätzlich mit einem normalen Fallschirm geflogen. Im Instrumentenbrett dominiert der große LCD-Bildschirm der Antriebs- und Ladesteuerelektronik. Er gibt nicht nur Aufschluß über den Ladezustand der Akkustränge, sondern auch über den vom Motor verbrauchten und von den Solarzellen nachgelieferten Strom. Hier werden auch die Meldungen der Temperatursensoren in den Akkupacks, in der Struktur und unter den Solarzellen ausgewertet. Mit der nahezu schwarzen Oberfläche der in Kunstharz in die Oberfläche eingebetteten Solarzellen hat man Neuland betreten. Da ist eine gute Überwachung der Temperaturen in der Struktur lebensnotwendig. Die derzeit gerade laufende Erforschung des Temperaturverhaltens läßt wertvolle Ergebnisse auch für den Solarzellen-Einsatz auf normalen Segelflugzeugen erwarten. Zusammen mit den Positions- und Höhenmeldungen eines GPS-Loggers auf der Panel-Abdeckung werden die während des Fluges gewonnenen Daten gespeichert. Sie können nach der Landung zur Auswertung auf einen PC heruntergeladen werden.

Gestartet wird üblicherweise auf der Asphaltbahn - das zentrale Hauptrad ist ungefedert, und der Rollwiderstand ist dort am geringsten. Nach dem Aufsetzen der Kabinenhaube wird der Antrieb scharfgemacht: Der Schlüssel-Hauptschalter und das Steuergerät werden eingeschaltet, dazu mit Kippschaltern unten im Instrumentenbrett die vier Akkustränge. Die Frage „Prop frei“ im erweiterten Vorflugcheck ist wichtig: Er ist vom Cockpit aus nicht sichtbar. Der Leistungshebel wird nochmals ganz zurückgezogen und der Motorschalter oben links im Instrumentenbrett umgelegt. Millimeterweise wird der „Gashebel“ vorgeschoben, bis der Motor surrend anläuft. Die Öffnung des großen Zweiblatt-Druck-Faltpropellers ist als leichte Unwucht spürbar. Ist er ganz entfaltet, läuft er sauber rund. Jetzt kann weiter „Gas“ (oder besser: Strom) gegeben werden, bis die Startdrehzahl von 1100 U/min erreicht ist. Träge setzt sich der große Motorsegler in Bewegung - dem Pilotenneuling kommen leichte Zweifel, ob diese Beschleunigung zum Start ausreicht. Der erste Eindruck täuscht: Beim leichten Gegenwind hebt sie schon nach etwa 150 Metern Rollstrecke ab und steigt bei 55 Stundenkilometern mit rund 2 Metern pro Sekunde. Im Inneren des Cockpits zeigt sich der nach außen hin leise Antrieb recht laut: Seine Schwingungen werden durch den Resonanzboden des Kohlefaserrumpfes recht ungedämpft ins Cockpit übertragen. Dank der geringen Fluggeschwindigkeit ist der Steigwinkel hervorragend: Im Falle eines Motorausfalles hat man genug Reserven, um entweder mit den wirksamen Bremsklappen geradeaus zu landen oder eine kleine Platzrunde zu fliegen. Im langsamen Steigflug zeigt sich die für heutige Flugzeuge recht ungewöhnliche Steuercharakteristik der Icaré 2: Trotzdem der äußere Teil der Querruder nur nach oben ausschlägt, produzieren sie ein kräftiges negatives Wendemoment. Das bewirkt Gieren in die Gegenrichtung. Rumpfhebelarm und Seitenruder sind relativ klein. So reicht der Seitenruderausschlag im Langsamflug nicht aus, das Moment eines größeren Querruderausschlages zu kompensieren. Normal, mit dem Schiebefaden in der Mitte geflogen, macht das die Icaré 2 sehr träge. Das läßt sich allerdings im untersten Geschwindigkeitsbereich austricksen: Mit Seitenruder in Kurvenrichtung und einem kräftigen Gegenquerruderausschlag nutzt man das Giermoment aus und kann Kurven zwar nicht schiebefrei, aber deutlich flotter einleiten! Ist die gewünschte Fluglage erreicht, wird der Knüppel neutralgenommen und der Schiebefaden mit dem Seitenruder wieder in die Mitte gebracht. Wenn man den Anstellwinkel verringert und etwas schneller fliegt, wird das Steuerverhalten „normaler“ - aber dann ist man auch aus dem Bereich der optimalen Steiggeschwindigkeit heraus. Mit leicht zurückgenommener Leistung steigt die Icaré 2 auf 350 bis 400 Meter, bevor ein Nachlassen der Spannung und die Erhöhung der Akku-Temperatur das Ende des gespeicherten Stromvorrates ankündigt. Jetzt wird der Motor mit dem Motorschalter abgestellt, der Propeller dreht im Fahrtwind weiter. Im möglichst langsamen Flug wird der Propellerbremsknopf links unter dem Bremsklappenhebel eine Weile gezogen, bis das Sirren am Schwanz aufhört.

Der anschließende Flug in der Thermik gibt gute Gelegenheit, sich auf das oldtimerähnliche Steuerverhalten des Solarseglers einzuschießen. „Gemütlich und anders“ ist eine passende Charakterisierung im Vergleich zu modernen Leistungsseglern. Nach kurzer Thermikkurbel-Zeit mit leistungsoptimalen 50 Stundenkilometern ist man mit dem Prinzip der Steuerung unter Ausnutzung des Giermomentes so vertraut, daß man die Aufwinde schnell und sicher zentriert und nicht nachdrücken muß, um sich kurzzeitig in höhere Geschwindigkeiten mit „normaler“ Ruderwirkung zu begeben. Bei Schräglagen von 20 bis 30° sind enge Kreisradien möglich. Die Icaré 2 liegt dank ihrer Knickflügel stabil im Kreis, mit der Federtrimmung kann die gewünschte Fluggeschwindigkeit sauber eingestellt werden. Sie steigt wie ein Luftballon, ihr geringstes Sinken liegt bei knapp 40 cm/sec! Mit einem besten Gleiten von über 1:40 bei 61 Stundenkilometern kommt man langsam, aber gut voran. Die Überziehgeschwindigkeit liegt bei 45 Stundenkilometern. Dann geht die Icaré 2 schüttelnd in einen stabilen Sackflug über. Das große Pendel-Höhenruder hat dank einer Bügelkante jetzt ein stabiles Steuerverhalten - früher, ohne diese Kante, muß die Fliegerei mit dem Solarsegler recht anstrengend gewesen sein. Ein wenig können wir jetzt verstehen, wie sich Robert Kronfelds Ku-4 Austria Anfang der 30er Jahre geflogen haben muß, bis heute das größte je gebaute Segelflugzeug. Mit ihren 30 Metern Spannweite, einem ebenfalls recht kurzen Rumpf und noch niedrigerer Flächenbelastung dürfte sie die Icaré-Flugeigenschaften in deutlich verstärktem Maße gezeigt haben! Ein kleiner Vergleich zu heute noch gelegentlich fliegbaren Oldtimern: Bei einer Geschwindigkeit von 60 bis 65 Stundenkilometern fliegt sie sich wie eine Slingsby T-21 im Bereich der Minimalfahrt, nur merklich träger!
Beim Thermikflug achten wir darauf, möglichst dort zu kreisen, wo nicht nur Aufwind, sondern auch Sonne ist. Dabei zeigt das Display, wie die Akkupacks wieder automatisch gesteuert nachgeladen werden. Nach einer knappen Stunde Flugzeit sind die Akkus zu 70% nachgeladen - das gibt uns die Möglichkeit, den „echten Solarflug“ auszuprobieren. Knapp unter der Wolkenbasis wird der Motor wieder gestartet. Über der Wolkenbasis, in der ruhigen Luft im „Blauen“, ist die Sonneneinstrahlung merklich stärker: Das Steuergerät meldet jetzt 2,2 KW Leistung von den Solarzellen. Durch Zurücknahme des Leistungshebels stellen wir diesen Wert auch als Abgabeleistung an den Motor ein. Jetzt fliegen wir „echt solar“ - und steigen sogar noch ein wenig dabei. 1,8 KW reichen aus, um die Icaré 2 bei ruhiger Luft auf Höhe zu halten. Dafür braucht sie gut 500 W/m² Sonneneinstrahlung, etwa die Hälfte dessen, was die Sonne am längsten Tag des Jahres in unseren Breiten bei klarer Luft liefert. Der Theorie nach kann sich die Icaré 2 an diesem Tag von 10 Uhr morgens bis 17 Uhr nachmittags nur mit Sonnenenergie in der Luft halten!

Ein paar aufbauende Gewittertürme lassen uns an die Landung denken: Solch ein Flugzeug sollte man - besonders beim ersten Flug - nicht gerade in einer Böenwalze landen! Bei der Anfluggeschwindigkeit von 65 Stundenkilometern ist die Bremsklappenwirkung gut, auch ein Slip ist kein Problem. Wie im ganzen Flug ist hier gründliches Vordenken und -planen gefordert. Die Trägheit der Icaré 2 macht hektische Korrekturen absolut sinnlos. Die langsame Fluggeschwindigkeit und der gute Gleitwinkel geben dem Piloten viel Zeit und Ruhe, seinen Anflug sauber zu planen. Gelandet wird üblicherweise auf Gras, um die Belastungen gering zu halten. Dabei empfiehlt es sich nicht, soweit wie möglich abzufangen, sondern exakt in Zweipunktlage aufzusetzen. Sonst setzt das Spornrad deutlich vor dem Hauptrad auf, das dann recht hart und ungefedert auf den Boden fällt. Vor dem Aufsetzen muß der Rumpf sorgfältig mit dem Seitenruder in Landerichtung ausgerichtet werden. Größere Querruderausschläge sollte man in der Abfangphase vermeiden - sie würden durch das Giermoment zu kräftigem Schieben führen. Die Rollstrecke ist kurz, die Radbremse gut wirksam. Der Akku-Kühllufteinlaß vor dem Hauptrad sammelt bei der Landung einiges Gras ein und muß anschließend gereinigt werden.
Die Icaré ist ein einmaliges Flugzeug. Nicht nur was Preis und Seltenheit angeht. Mit ihr hat die Stuttgarter Uni in einer beispielhaften Zusammenarbeit zwischen diversen Instituten gezeigt, was heutzutage möglich ist. Der Gewinn des Berblinger-Preises und der goldenen Daidalos-Medallie des Deutschen Aeroclubs 1996, der OSTIV-Preis 1997 sowie ein Special Achievement Award der EAA beim 1997er meeting in Oshkosh zeugen von der großen nationalen und internationalen Anerkennung der Arbeit des Icaré-Teams. Daß die Flugeigenschaften bei einem solchen Flugzeug nicht dem heutzutage Gewohnten entsprechen, ist verständlich. Die Icaré 2 ist sicher kein „Alltags-Motorsegler für jedermann“, sondern zeigt neue, praktikable Wege für zukünftige Entwicklungen auf. Ihr weiteres Schicksal ist ungewiß: Derzeit wird sie von Daniel Brauer und Prof. Rudolf Voit-Nitschmann für einen Forschungsauftrag des Bundesverkehrsministeriums zur Ermittlung der Lufttüchtigkeitsanforderungen beim Einsatz von Solarzellen und elektrischen Antriebssystemen auf Segelflugzeugen und Motorseglern eingesetzt. Die ersten Elektro-Motorsegler fliegen bereits. Die mit der Icaré 2 derzeit gewonnenen Erkenntnisse lassen hoffen, daß diesen Flugzeugen demnächst auch die Fähigkeit zum „solaren Nachtanken“ und damit eine deutliche Erweiterung ihres bisher nur auf den Eigenstart beschränkten Einsatzbereiches gegeben werden kann. Nach dem Auslaufen dieses Forschungsauftrages steht die weitere Finanzierung der Icaré-Fliegerei noch „in den Sternen“. Neben weitergehenden Projekten für den Einsatz der Icaré 2 als Forschungsträger im Solarantriebsbereich reizt auch die Rekordjagd in den Kategorien Elektro- und Solarflug. So hofft man, auch für zukünftige Icaré-Flüge wieder begeisterte und potente Sponsoren zu finden.

Jochen Ewald

Der Artikel erschien (in gekürzter Fassung) im Fliegermagazin Ausgabe 12/99 Text und Fotos von Jochen Ewald

Mit freundlicher Genehmigung des Fliegermagazins