Der Auftrieb

Um ein Flugzeug zum Fliegen zu bringen, sind die Flügel wichtigste Voraussetzung für den Auftrieb, welcher durch deren Form mit ihrer nach oben verlaufenden leichten Neigung erreicht wird. Diese beiden Merkmale legen die Strömung der Luft um die jeweiligen Flügel herum fest. Das heißt, dass die Luft nach oben schneller fließt im Gegensatz zur Unterseite der Flügel. Nach dem Bernoulli-Effekt wird der Druck aufgrund der erhöhten Geschwindigkeit geringer und somit – einfach ausgedrückt – in obere Richtung gesaugt. Hierdurch entsteht der die Flugzeuge in der Luft haltende Auftrieb.

Lehrbücher vermitteln Irrtum

Häufig ist in der überwiegenden Zahl der Lehrbücher das Zustandekommen des Geschwindigkeitsunterschiedes erklärt, indem ein gleichzeitiges Eintreffen der Luftteilchen an den Flügelspitzen stattfindet, um nach einer Trennung gleichzeitig erneut am Flügelende anzukommen. Da der Weg länger sei aufgrund dessen, dass das Profil gewölbt ist, wird behauptet, dass die oben entstandenen Luftteilchen zu einer Beschleunigung des Fluges beitragen. Diese Erläuterung unterliegt völlig falschen Tatsachen.

Widerlegung falscher Angaben
Widerlegt wird diese Behauptung durch im Windkanal stattfindende Versuche, aus welchen eindeutig hervorgeht, dass ein gleichzeitiges Ankommen der Luftteilchen am Ende des Flügels nicht gegeben ist. Im Gegenteil: der hohe Geschwindigkeitsunterschied kommt, entgegen der falschen Definition, durch ein früheres Ankommen oberer Luftteilchen im hinteren Bereich als untere Luftteilchen zustande.

Dieser spezielle Effekt kann nicht simpel erklärt werden aufgrund eines längeren Weges. Will man verstehen, was genau geschieht, ist eine genaue, intensive Betrachtung bereits bei dem Start eines Flugzeuges nicht nur sinnvoll, sondern erforderlich, da das Entscheidende für den Auftrieb eines Flugzeuges bereits in der Anfahrphase geschieht. Das Anfahren verursacht an der an dem Flügel hinten gelegenen Kante einen Wirbel.

Bekannt ist, dass das Auftreten von Wirbeln ausschließlich paarweise möglich ist. Aufgrund dessen muss ein Ausgleich erfolgen, und zwar mittels des Verursachens einer Strömung in die entgegen gesetzte Richtung, welche um den kompletten Flügel herum verläuft. Unter Physikern wird dieser Vorgang beziehungsweise Effekt als „Drehimpulserhaltung“ bezeichnet. Sobald zusätzlich von vorne Luft hinzukommt, fließt diese ohne Verlust nach hinten, allerdings ist die obere Geschwindigkeit um ein Minimum schneller als die untere Geschwindigkeit.

Somit ist als Fazit zu ziehen, dass der Auftrieb durch einen beim Start des Flugzeugs verursachten kleinen Wirbel für die Verursachung der beschriebenen Geschwindigkeitsunterschiede ermöglicht wird. Aufgrund dieser Vorgänge kann ein Flugzeug fliegen.

Erläuterung des Bernoulli-Effekts
Daniel Bernoulli war ein im 18. Jahrhundert bekannter, aus der Schweiz stammender Physiker. Kein anderer als er beschrieb diesen Effekt, ohne den das Fliegen heute nicht möglich wäre. Strömende Gase sowie Flüssigkeiten verursachen, im Gegensatz zu den ruhenden, auf die Umgebung weniger Druck aus. Die Geschwindigkeit wird somit umso höher, je geringer der Druck wird. Der Effekt kann eindrucksvoll anhand eines einfachen Versuchs gezeigt werden, indem an einer Seite ein Papierstreifen festgehalten wird. Dieses bewirkt, dass das Papier bogenförmig an der Gegenseite herunter hängt.

Sobald allerdings oben über den festgehaltenen Streifen Papier geblasen wird, erhöht sich an dieser Stelle die Luftgeschwindigkeit und ist unten, wo keine Luftbewegung stattfindet, geringer, was zu einer Herabsetzung des die obere Seite betreffenden Drucks führt und durch diesen so genannten Unterdruck wird das Papier nach oben gesaugt.

Der Rücktrieb
Der sogenannte Rücktrieb kann aufgrund derselben, für den Flugzeugauftrieb sorgenden nicht erwünschten Kräfte erfolgen. Für die hierdurch bei einem Flugzeug entstehende Bewegungsverzögerung ist der Rücktrieb verantwortlich, wobei der Luftwiderstand zum Teil durch den Rücktrieb erzeugt wird gegenüber der sich durch diese bewegende Masse. Abhängig ist hierbei der Widerstand von der eines Körpers aufweisenden Oberfläche sowie seiner Ebenheit. Der Widerstand kann zum Beispiel verringert werden, indem die aerodynamische Formgebung des Körpers optimiert wird oder auch mittels Vorrichtungen, welche durch Reibung eine Verringerung des Luftwiderstandes bewirken. Dieses erreicht man durch die Beibehaltung des Oberflächenstroms in als „Schichten“ bezeichneten Formen.

Eine weitere Art des Widerstandes, welchem die gleiche Wichtigkeit zugeschrieben wird, entsteht in direkter Weise mittels einer Erzeugung des Auftriebs an den Tragwerken, indem sowohl Sog und Druck an dem Flügel einen Ausgleich versuchen, welcher am stärksten die Flügelspitzen betrifft, an welchen die Bildung großer Wirbelzöpfe erfolgt, welche sogar, abhängig von den herrschenden Luftverhältnissen wie beispielsweise der Luftfeuchtigkeit, sichtbar werden können. Diese Luftwirbel hemmen die Bewegung und werden, aufgrund ihrer Wirkung, als der induzierte Widerstand oder auch als Randwiderstand bezeichnet. Aufgrund dessen wird bereits bei der Konstruktion eines Flugzeuges besondere Rücksicht auf ein bestmögliches Zusammenspiel von Rücktrieb und Auftrieb genommen.

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