aeRoman Wie sie Fliegen 
Flag UK Eine physikalische Beschreibung von Auftrieb
MenuHEIMATLUFTFAHRTMENSCHENURSPRUNGWISSENSCHAFTVERBINDUNGÜBERSICHTKONTAKT Fast jeder heute ist schon einmal in einem Flugzeug geflogen. Viele stellen die einfache Frage: "Wie fliegt eigentlich ein Flugzeug?" Die Antwort ist häufig irreführend und oft sogar schlicht falsch. Zum Beispiel machen die meisten Beschreibungen die Physik des Auftriebs an der Form des Flügels (Tragflächenprofil) als Schlüsselfaktor für das Verständnis des Auftriebs fest. Die Flügel in diesen Beschreibungen haben eine Wölbung auf der Oberseite, so dass die Luft oberhalb des Flügels einen weiteren Weg zurücklegen muss als unter dem Flügel. Doch wir alle wissen, dass Flügel über Kopf recht gut fliegen, wo die Form des Flügelprofils umgekehrt ist. Um diesen Widerspruch zu verdecken, sehen wir manchmal eine Beschreibung für den Rückenflug, die sich vom normalen Flug unterscheidet. In Wirklichkeit hat die Form des Flügels wenig damit zu tun wie Auftrieb entsteht, aber alles mit Effizienz im Reiseflug und mit Merkmalen des Strömungsabrisses. Jede Art von Auftriebsbeschreibung, die sich auf die Form des Flügels bezieht, ist falsch.

Werfen wir einen Blick auf zwei Beispiele für erfolgreiche Flügel, die eindeutig gegen die Beschreibungen verstoßen, die sich auf die Form des Flügels stützen. Das erste Beispiel ist ein sehr altes Design. Abbildung 1 zeigt ein Foto von der Curtis 1911 Modell D Typ IV Pusher. Ganz offensichtlich hat die Luft die gleiche Strecke über die Ober- und die Unterseite des Flügels zurückzulegen. Doch dieses Flugzeug ist geflogen und war das zweite Flugzeug, das von der US-Army im Jahr 1911 beschafft wurde.

Curtis 1911 model D
Abbildung 1.
Curtis 1911 model D type IV pusher

Das zweite Beispiel eines Flügels, der gegen die Idee verstößt, dass Auftrieb von der Form des Flügels abhängig ist, stammt von einem sehr modernen Flügel. Abbildung 2 zeigt das Profil der Whitcomb Supercritical Tragfläche (NASA/Langley SC(2)-0714). Dieser Flügel ist auf der Oberseite weitgehend flach mit einer Wölbung auf der Unterseite. Obwohl seine Form der populären Auffassung zur Flügelform zu widersprechen scheint, ist diese Art Tragflächenprofil die Grundlage für die Flügel moderner Passagierflugzeuge.

Whitcomb Supercritical Airfoil
Abbildung 2. Whitcomb Supercritical Tragfläche

Die Betonung des Flügelprofils in vielen Erklärungen des Auftriebs basiert auf dem Grundsatz der gleichen Durchgangszeiten. Diese Aussage behauptet fälschlicherweise, dass die Luft auf ihrem Weg rund um den Flügel die gleiche Zeit bis zur Hinterkante benötigt, unabhängig davon, ob sie sich oberhalb oder unterhalb bewegt. Das Argument lautet dann, dass die Luft sich oberhalb des Flügels schneller bewegt, weil sie einen längeren Weg zurücklegen muss, und gemäß dem Bernoulli-Prinzip entsteht dort Auftrieb. Mit dem Wissen, dass die Vorstellung von gleichen Durchgangszeiten nicht haltbar ist, wird die Erklärung oft in der Art abgeschwächt, dass man sagt, die Luft auf der Oberseite muss einen weiteren Weg zurücklegen und bewegt sich deshalb schneller. Aber das ist wieder nur eine Abwandlung der Idee der gleichen Durchgangszeiten. In der Realität gilt die Vorstellung gleicher Durchgangszeiten nur für einen Flügel ohne Auftrieb. Abbildung 3 zeigt eine Simulation der Luftströmung um einen Flügel mit Auftrieb.

Luftströmung um einen Flügel mit Auftrieb
Abbildung 3.
Luftströmung um einen Flügel mit Auftrieb

Die Bernoulli-Gleichung ist eine Erklärung für die Erhaltung der Energie. Sie ist richtig, aber nicht anwendbar für die Beschreibung des Auftriebs an einem realen Flügel. Die Flügel eines 400 Tonnen schweren Flugzeugs leisten einen ernormen Arbeitsaufwand, um das Flugzeug in der Luft zu halten. Sie führen der Luft eine große Menge von Energie zu. Eine der Bedingungen für die Anwendung des Bernoulli-Prinzips lautet, dass dem System keine Energie hinzugefügt wird. Daher haben die Geschwindigkeit und der Druck der Luft über einem realen Flügel im Flug mit dem Bernoulli-Prinzip nichts zu tun. Außerdem sind Beschreibungen des Auftriebs, die das Bernoulli-Prinzip heranziehen, von der Form des Flügels abhängig. Wie bereits erwähnt, wirkt sich jedoch die Form des Flügels nur auf die Merkmale hinsichtlich Effizienz und Strömungsabriss aus, aber nicht auf den Auftrieb. Für ihn bleiben Anstellwinkel und Fluggeschwindigkeit zuständig.



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Quelle:
David Anderson,
Scott Eberhardt




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(Überblick):



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