Ein Segelflugzeug ist ein für den Segelflug konstruiertes Luftfahrzeug. Das motorlose Fliegen bedeutet abwechselnd Steigen im Aufwind und Gleiten mit geringem Höhenverlust. In Deutschland werden Segelflugzeuge luftrechtlich als eigene Luftfahrzeugklasse eingestuft und dürfen bis zu 850 kg wiegen.
Das Segelflugzeug ist in Deutschland die Luftfahrzeugklasse mit den meisten Registrierungen (6997, Stand 2023). Danach folgen einmotorige Flugzeuge unter 2 t (6773) und Motorsegler (4066).
Beim Steigen im Aufwind gewinnt das Segelflugzeug potentielle Energie, die beim anschließenden Gleitflug in Vorwärtsgeschwindigkeit (kinetische Energie) umgewandelt wird. Wenn man nur die Gleitphase betrachtet, kann im Prinzip jedes Flugzeug als Segelflugzeug verwendet werden. Beispielsweise legte im August 2001 ein Airbus A330 mit der Flugnummer TS 236 eine Strecke von 120 km im Gleitflug zurück; weitere Beispiele sind die Notwasserung eines Airbus auf dem Hudson River oder der Gimli Glider.
Bei Motorflugzeugen beschränkt sich der Segelflug in der Regel auf einen stabilen Gleitflug. Ausnahmen sind Motorsegler, die durch ihre spezielle Konstruktion auch die Möglichkeit reinen Segelflugs nutzen können. Auch die Raumfähre Space Shuttle landete als Gleitflugzeug. Das private Raumschiff SpaceShipOne war sogar offiziell als „nicht eigenstartfähiges Segelflugzeug mit Hilfsantrieb“ zugelassen.
Im engeren Sinne bezeichnet man nur solche Flugzeuge als Segelflugzeuge, die imstande sind, in den normalerweise in der Atmosphäre vorkommenden Aufwinden Höhe zu gewinnen. Dazu muss einerseits die minimale Sinkgeschwindigkeit kleiner sein als die Geschwindigkeit der aufsteigenden Luftmassen; andererseits muss der minimale Kreisflugdurchmesser kleiner als der Durchmesser des Aufwinds sein.
Segelflugzeuge müssen immer den nächsten Aufwind erreichen können. Dies erfordert ein gutes Verhältnis zwischen im Gleitflug verbrauchter Höhe und zurückgelegter Strecke (Gleitzahl).
Moderne Segelflugzeuge haben ein Gleitverhältnis zwischen 1:30 und 1:60, können also bei 1 km Höhenverlust in ruhiger Luft 30 bis 60 km weit fliegen. Die ETA, das derzeit leistungsfähigste in Serie gefertigte Segelflugzeug, hat mit ihrer Spannweite von 30,90 m sogar ein Gleitverhältnis von etwa 1:70. Sie wird nur durch die Concordia übertroffen, einem experimentellen Hochleistungssegler mit einer errechneten Gleitzahl von über 70.
Um gute Segelflugeigenschaften erbringen zu können, muss ein Segelflugzeug sehr widerstandsarm gebaut sein. Ein geringer Luftwiderstand ist nötig, da andernfalls zu viel Energie durch Reibung verloren geht.
Um den erforderlichen Auftrieb bei geringstmöglichem Widerstand zu gewährleisten, haben die Tragflächen von Segelflugzeugen im Vergleich zu Motorflugzeugen eine hohe Flügelstreckung (große Spannweite und geringe Profiltiefe).
Bei modernen Segelflugzeugen gehört ein Einziehfahrwerk zur Grundausstattung.
Die Oberflächengüte muss hoch sein, um eine möglichst lange laminare Laufstrecke der umströmenden Luft sicherzustellen.
Auf längeren Strecken kommen oft Mückenputzer zum Einsatz, die die Tragflächenvorderkante während des Fluges von den Überresten toter Insekten befreien (siehe Bild).
Zu dem Widerstand, den eine Tragfläche erzeugt, gehört der induzierte Widerstand. Er entsteht durch den Druckausgleich zwischen Oberseite (Unterdruck) und Unterseite (Überdruck), der Wirbelschleppen verursacht. Um den induzierten Widerstand zu verringern, werden zunehmend hochgebogene Tragflächenenden eingesetzt, sogenannte Winglets. Diese werden auch bei Verkehrsflugzeugen verwendet.
Ein geringes Gewicht ist nur sekundäres Merkmal: Zwar ermöglicht eine geringe Flächenbelastung (also der Quotient aus Masse und Flügelfläche) ein geringes Eigensinken und damit ein besseres Steigen in der Thermik, jedoch verringert sich die Fluggeschwindigkeit des optimalen Gleitens durch die geringere potentielle Energie. Das führt dazu, dass ein leichtes Segelflugzeug im hohen Geschwindigkeitsbereich (ab etwa 130 km/h) schneller an Höhe verliert als ein baugleiches Muster, welches schwerer ist. Hohe Flächenbelastung resultiert in schnellerem Geradeausflug – bei guter Thermik. Dafür ist das Eigensinken geringfügig größer. Der damit verbundene Nachteil des schlechten Steigens im Kreisflug ist bei guter Thermik jedoch vernachlässigbar.
Segelflugzeuge ab Standardklasse aufwärts verfügen zur Gewichtssteigerung heutzutage normalerweise über Wassertanks (typische Kapazität ist 160 l, realisiert aber bis zu 300 l im Nimbus 4), um die Flugzeugmasse zu vergrößern. Die Geschwindigkeit des besten Gleitens kann sich bei Wasserballast erheblich vergrößern. Das Wasser wird dazu vor dem Flug eingefüllt und kann bei nachlassender Thermik am Abend abgelassen werden. Jedoch muss es vor der Landung abgelassen werden, damit einerseits die Landung „kurz“ wird (große Masse bedeutet große Trägheit beim Verzögern) und andererseits die Flugzeugstruktur beim Aufsetzen und die Bremsen beim Abbremsen nicht unnötig belastet werden.
Eine hohe Wendigkeit ist nötig, da die Thermik eng begrenzt sein kann (vor allem beim Kreisen unterhalb 400 m über Grund und starken Turbulenzen). Je geringer der Kreisdurchmesser, desto effektiver kann die Thermik genutzt werden. Moderne Segelflugzeuge sind so konstruiert, dass sie in einem Geschwindigkeitsbereich von etwa 80 bis 280 km/h stabil und sicher fliegen. Segelflugzeuge in Gemischtbauweise (Oldtimer) mit niedriger Flächenbelastung sind hier modernen Hochleistungssegelflugzeugen mitunter sogar überlegen, da sie durch die niedrige Kurvenfluggeschwindigkeit weitaus enger kreisen können. Eine Ka 8 kann man mit 75 km/h sicher kreisen, wogegen eine ASH 25 mit Wasserballast um die 110 km/h benötigt, um noch sauber zu kreisen. Damit ergibt sich ein Durchmesser von 75 m gegenüber fast 200 m.
Da hohe Geschwindigkeit bei gutem Gleitwinkel nur mit relativ hoher Flächenbelastung möglich ist, wird bei Segelflugzeugen auf stabile Struktur geachtet und auf extremen Leichtbau verzichtet. Aber nicht nur wegen der hohen Belastung im Flug müssen Segelflugzeuge stabil gebaut sein; auch eine Außenlandung, etwa auf Äckern und ungeerntetem Getreide, muss das Flugzeug aushalten und dabei dem Piloten bestmöglichen Schutz bieten.
Aus Gründen der Festigkeit und Oberflächengüte werden sowohl die Tragflächen als auch Rumpf und Leitwerk moderner Segelflugzeuge aus Faser-Kunststoff-Verbunden gefertigt.