Wenn man sich die riesigen Airliner wie z.B. einen Airbus A380 anschaut, wirkt es oft wie Magie, wenn so ein Flugzeug abhebt. Das maximale Startgewicht eines solchen Flugzeugtyps beträgt 569 t, weshalt eine gewaltige Auftriebskraft von Nöten ist, um es in der Luft zu halten.
Daher mochte ich Dir hier kurz die Frage beantworten: Warum können Flugzeuge fliegen?
Über- und Unterdruck
Um die Frage nach dem Auftrieb kurz zu beantworten: Der Grund das Flugzeuge fliegen ist die Druckdifferenz der Tragflächen Ober- und Unterseite. Doch wie dieser Unterschied entsteht lässt sich leider nicht in einem Satz klären.
Um in die Grundlagen des Aerodynamischen Auftriebs einzusteigen, mochte ich Die kurz darstellen, wie es zum dazu kommt was Heißluftballone aufsteigen.
Ballon – statischer Auftrieb
Die Ballonhülle wird mit einem Gas gefüllt, welches eine niedrigere Dichte besitzt als die Umgebungsluft. Da diese Lust pro Volumen ein geringeres Gewicht hat, steigt sie nach oben. Dieses Naturgesetz wurde nach dem griechischen Gelehrten, Archimedisches Prinzip gennant. Übersteigt nun die Differenz, der Innen- und Umgebungsluft das Gewicht welches der Ballon wiegt, steigt dieser auf.
Verwendete Gase können heiße Luft, Helium oder Wasserstoff sein, letzteres wird jedoch aus Brandschutzgründen nichtmehr verwendet. (Siehe: „Hindenburg“-Katastrophe (Wikipedia.org))
Flugzeuge – dynamischer Auftrieb
Diese Auftriebsart wird als statischer Auftrieb bezeichnet. Für Flugzeuge kommt nun aber der dynamische Auftrieb in Spiel. Der Unterschied besteht darin, dass der dynamische Auftrieb durch bewegt Luft entsteht. Das Ziel ist jedoch gleich: Die Druckdifferenz (Auftriebskraft) muss höher sein als das Gewicht des Flugzeugs (Gewichtskraft).
Wenn man sich ein Tragflächenprofil, also den Querschnitt einer Tragfläche ansieht wird schnell deutlich, dass diese nicht symmetrisch ist. In den meisten fällen zumindest. Doch wozu hilft uns diese Information um unsere Frage zu beantworten: Warum können Flugzeuge fliegen?
Gleichung von Bernulli
Um dies zu verstehen zu können benötigen wir ein weiteres Gesetz: Das Gesetz von Bernulli. Die von dem Schweizer Mathematiker aufgestellte Formel lautet wie folgt: Gesamtdruck = statischer Druck + dynamischer Druck. Um also den Effekt zu erzielen welcher bei Ballonen zum Einsatz kommt, muss also den statischen Druck beeinflussen.
Jetzt kommt das Tragflächenprofil ins Spiel. Um einen möglichst effizienten Auftrieb zu erzeugen, sollten die beide Seiten der Tragfläche nutzen. Auf der Tragflächen Oberseite wollten wir also einen Unterdruck, das heißt einen Sog erzeugen. Während auf der Tragflächen Unterseite gilt, einen Überdruck zu erzeugen.
Damit diese Druckdifferenzen zustande kommen benötigen wir eine weitere Formel von Daniel Bernoulli: Dynamischer Druck = (Luftdichte / 2) * Geschwindigkeit². Da der Gesamtdruck konstant bleibt, kann durch Veränderung des dynamischen Druckes der statische Druck gesteigert oder gesenkt werden. Und durch Erhöhung oder senken der Geschwindigkeit, kann der dynamische Druck beeinflusst werden.
Was macht das Tragflächenprofil? – Deshalb fliegen Flugzeuge
Das Tragflächenprofil sorg hierbei für die Veränderung der Luftströmungsgeschwindigkeit. Auf der Tragflächen Oberseite, wo der Weg von der Flügelvorderkante zur Flügelhinterkante länger ist als auf der Unterseite, wird die Luft beschleunigt. Dadurch steigt der dynamische Druck, und der statische Druck sinkt. Auf der Tragflächen Unterseite geschieht genau das Gegenteil. Und wenn die Auftriebskraft nun die Gewichtskraft übersteigt hebt das Flugzeug ab.
Hubschrauber
Bei Drehflüglern entsteht der Auftrieb nach demselben Prinzip wie bei Flugzeugen. Der Unterschied beteht nur darin, dass ein Hubschrauber statt Tragflächen Rotorblätter besitzt. Diese ähneln im Querschnitt aber einem Tragflächenprofil, nur eben in sehr viel kleiner.
Jetzt kannst du auf die Frage „Warum können Flugzeuge fliegen?“ richtig antworten.
Quelle: wikipedia.org, wikipedia.org, wikipedia.org
