| Wie fliegen Flugzeuge?
Das Prinzip des Auftriebs
Die wichtigste Voraussetzung sind die Flügel. Ihre Form und vor allem ihre leichte Neigung nach oben sorgen für den Auftrieb. Diese beiden Faktoren bestimmen, wie die Luft um den Flügel strömt: Die Luft fließt nach oben um den Flügel schneller als unten. Entsprechend dem so genannten Bernoulli-Effekt führt die höhere Geschwindigkeit zu einem geringeren Druck oberhalb des Flügels.
Dieser wird dann sozusagen nach oben gesaugt. Auf diese Weise
entsteht der Auftrieb, der die Flugzeuge in der Luft hält.
Die Luftteilchen die gleichzeitig an der Flügelspitze ankommen,trennen sich und kommen versetzt am Flügelende an.
|
In den meisten Lehrbüchern findet man oft eine falsche Erklärung wie dieser Geschwindigkeitsunterschied zustande kommt. Dort wird
behauptet die Luftteilchen die gleichzeitig an der Flügelspitze
eintreffen, würde sich dort trennen um am Ende des Flügels wieder
gleichzeitig anzukommen. Weil der Weg oben herum wegen des gewölbten Profils länger sei, sollen die oberen Luftteilchen schneller fliegen.
Diese Darstellung ist leider falsch!
Versuche im Windkanal zeigen eindeutig, dass die Luftteilchen nicht gleichzeitig am Flügelende ankommen. Der Geschwindigkeitsunterschied ist vielmehr so groß, dass die oberen Luftteilchen sogar früher hinten ankommen als die unteren.
Der Bernoulli-Effekt
Der schweizer Physiker Daniel Bernoulli beschrieb im 18. Jahrhundert einen Effekt, der uns heute das Fliegen ermöglicht: Strömende Flüssigkeiten und Gase üben einen geringeren Druck auf Ihre Umgebung aus, als ruhende. Je höher die Geschwindigkeit umso kleiner der Druck. Mit einem einfachen Versuch kann man diesen Effekt eindrucksvoll zeigen. Hält man einen Streifen Papier an einer Seite fest, hängt das Blatt in einem Bogen an der anderen Seite herunter.
Bläst man jedoch oben über den Papierstreifen, dann ist dort die
Geschwindigkeit der Luft größer als unten, wo sich die Luft nicht
bewegt. Dadurch wird der Druck an der oberen Seite herabgesetzt.
Dieser Unterdruck saugt dann das Blatt nach oben.
|
Dieser Effekt lässt sich nicht so einfach mit einem längeren Weg
erklären. Um zu verstehen, was passiert, muss man sich bereits den Start des Flugzeuges genauer betrachten. Denn bereits beim Anfahren geschieht das Entscheidende. An der hinteren Kante des Flügels entsteht ein Wirbel.
Da Wirbel aber nur paarweise auftreten können, bildet sich als
Ausgleich eine Strömung in der anderen Richtung um den gesamten
Flügel herum. (Physiker sprechen von Drehimpulserhaltung.)
Kommt dann noch die Luft von vorne dazu, fließt die Luft insgesamt nach hinten, nur eben oben etwas schneller als unten.
Ein kleiner Wirbel beim Start verursacht also die
Geschwindigkeitsunterschiede die den Auftrieb erzeugen. Deshalb
können Flugzeuge fliegen.
Beim Start entsteht der Anfahrtwirbel...
|
... als Ausgleich bildet sich eine gegenläufige Strömung
|
Querschnitt durch eine Flugzeugturbine.
BACK
|
