Wie fliegen Flugzeuge?

Kräfte und Auftrieb am Tragflächenprofil 

Wie fliegen Flugzeuge? Um das zu verstehen, schaut man sich am besten das Profil eines Flügels an, an dem die verschiedenen Kräfte wirken. Die Gewichtskraft zieht zunächst das gesamte Flugzeug nach unten, der entsprechende Vektor zeigt senkrecht zum Boden. Kompensiert wird das Gewicht durch die totale Luftkraft, eine resultierende Kraft aus Auftrieb und Widerstand. Der Auftrieb zieht den Flugkörper gleichzeitig nach oben und nach vorne. Zudem wirkt er senkrecht zur Strömungsrichtung, also der Richtung, aus der die Luftteilchen auf das Flugzeug treffen. Der Widerstand bremst das Ganze. Er wirkt in Strömungsrichtung und steht wie der Auftrieb im Zusammenhang mit dem Anstellwinkel. Der Anstellwinkel beschreibt im Prinzip die Neigung des Flügels; genauer gesagt ist er der Winkel zwischen Strömungsrichtung und mittlerer Profilsehne. Das sind alle Kräfte, aber wie hängen sie zusammen? Am Wichtigsten, um das Flugzeug in die Luft zu kriegen, ist wahrscheinlich der Auftrieb. Das Wichtigste ist, dass am Flügel die Strömung anliegen muss, also dass die Luftteilchen und der Flügel aneinander vorbeigleiten. Je schneller, desto effektiver, denn darum haben Flugzeuge riesige Turbinen. Die Luftteilchen gleiten also über und unter dem Flügel entlang. Durch die besondere Profilform tun sie das an der Oberseite allerdings schneller. Dies hat zur Folge, dass die Luftteilchen dort dünner gelagert sind als auf der Unterseite, wo die Luftteilchen zusammengepresst werden. Auf der Oberseite entsteht nun ein Unterdruck: ein Sog, der ungefähr zwei Drittel des Auftriebs ausmacht. An der Unterseite entsteht ein Überdruck, der ein Drittel des Auftriebs ausmacht. Wird der Anstellwinkel zu stark erhöht, kommt es zu einem Strömungsabriss. Dabei verliert das Fluggerät sämtlichen Auftrieb und nur der Widerstand wirkt. Bei erhöhtem Anstellwinkel lösen sich die Luftteilchen von den Tragflächen und wirbeln herum: zunächst nur an der Spitze des Profils bis zum kritischen Punkt, dem Strömungsabriss. 

Also zusammenfassend können wir festhalten: Am Profil wirken verschiedene Kräfte und damit das Flugzeug fliegen kann, muss Auftrieb erzeugt werden. Auftrieb wird durch Geschwindigkeit also durch die Turbinen erzeugt. Dabei gleiten die Luftteilchen an den Tragflächen vorbei und aus dem Sog und dem Unterdruck setzt sich letztendlich der Auftrieb zusammen. Aus dem Auftrieb und dem Widerstand setzt sich die totale Luftkraft zusammen: Also das, was das Flugzeug letztendlich hochhebt. Der totalen Luftkraft wiederum wirkt die Gewichtskraft entgegen, die sie überwinden muss um abzuheben. Darum muss auch jeder Passagier eine bestimmte Gewichtsgrenze für sein Gepäck einhalten.  

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