Warum fliegen Flugzeuge?

Damit ein Flugzeug fliegt, muss genug Auftrieb erzeugt werden, um das Gewicht der Maschine zu überwinden. Dieser Auftrieb setzt sich aus der Größe der umströmten Fläche, der Form der Tragfläche und der Geschwindigkeit der umgebenen Luft zusammen. Ein Flugzeug, das beispielsweise nicht schnell genug ist, fliegt nicht. Deshalb muss der Pilot beim Start vollen Schub geben, damit die Maschine die Geschwindigkeit erreicht, bei der sie abheben kann. Ein wichtiger Faktor dabei ist die Form der Tragfläche; wenn man sie in der Mitte durchschneidet sieht man, dass der Flügel zur Mitte hin dicker wird. Durch diese Formgebung wird die umströmende Luft bei schneller Bewegung des Flugzeugs beschleunigt und je schneller die Luft wird, desto geringer wird der umgebende Luftdruck.

Da moderne Flugzeuge so konstruiert werden, dass die Oberseite der Tragfläche die Luft schneller beschleunigt als die Unterseite, entsteht ein Gebiet mit Unterdruck auf der Flügeloberseite, das einen Sog erzeugt, der das Flugzeug nach oben zieht. Stark vereinfacht kann man sagen, dass die Maschine nicht „fliegt“, sondern an den Tragflächen durch den Druckunterschied nach oben gesogen wird.

Start/Landung

Beim Start und der Landung kann das Flugzeug noch nicht schnell genug beschleunigt werden, um die erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen. Deshalb gibt es die Klappen (vorne am Flüge Slats, hinten Flaps), die die Fläche des Flügels vergrößern. Durch die größere Fläche und die optimierte Formgebung bei ausgefahrenden Klappen kann die Maschine auch bei geringeren Geschwindigkeiten den nötigen Auftrieb erzeugen, um abzuheben bzw. zu landen.

Reisegeschwindigkeit

Ein Flugzeug, das seine Reisehöhe erreicht hat, fliegt meist mit Mach 0,8-0,9, was je nach Höhe etwa 800 – 900 km/h entspricht. Es ist wichtig, dass es diese Geschwindigkeit nicht überschreitet, da  sonst an den Stellen auf der Tragfläche, an denen die Luft beschleunigt wird, Gebiete entstehen können, die in den Überschallbereich fallen. Diese Gebiete verursachen Druckstöße, die den Flügel beschädigen können.

Winglets

Viele Flugzeuge haben an den Enden der Tragflächen Winglets. Diese gibt es in verschiedensten Formen und es wird permanent an verbesserten Versionen geforscht. Diese „Auswüchse“ an den Flügelspitzen sollen den Widerstand mindern. Durch die verschieden beschleunigten Luftmassen an der Ober- und Unterseite der Flügel entstehen am Ende der Tragfläche Verwirbelungen, sogenannte Wirbelschleppen.  Diese werden durch die Winglets umgeleitet und können zu erheblichen Spriteinsparungen führen. 

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Kommentare: 13
  • #1

    Axel (Sonntag, 02 November 2014 17:10)

    Hallo Snapfly – sehr schöne Erklärung!

    Ich würde noch hinzufügen wollen: In der normalen Fliegerei ist bei einem Flügelprofil festzustellen, dass die Wölbung nach oben immer größer ist, als jene nach unten. Damit haben Luftteilchen, welche oben herum geleitet werden eine größere Wegstrecke zu absolvieren, als Luftteilchen, welche an der Unterseite der Tragfläche „vorbeifliegen“.

    Eine bestimmte Menge Luftteilchen (Dichte) kurz vor dem Flügel entspricht in etwa der Dichte nach dem Flügel. Durch den größeren Weg obenherum müssen jene Luftteilchen beschleunigen, um anschließend wieder mit ihren „alten Nachbarn“ am Ende des Tragflächenprofils zusammenzutreffen. Die Energie zur Teilchenbeschleunigung wird zum Teil aus dem Luftdruck (und nicht aus der Vorwärtsbewegung des Flugzeuges) gewonnen. Da oberhalb nun auch die Anzahl der Luftteilchen - bezogen zur Fläche - geringer ist, als untenherum (gleiche Teilchenzahl über einer bestimmten Fläche) sinkt oberhalb der Tragfläche der Luftdruck (= steigt der Druck unterhalb der Tragflächen = Auftrieb).

    Der Weg der Luftteilchen obenherum kann zum Beispiel durch den Anstellwinkel oder Slats und Flaps) weiter vergrößert werden, wenn bei langsamer Anstömung (Starts, Landungen) der Auftrieb nicht reicht. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten kann es allerdings dabei zum Strömungsabriss kommen. Daher werden diese Auftriebshilfen bei höheren Geschwindigkeiten wieder weggenommen.

  • #2

    Jörg (Montag, 03 November 2014 11:26)

    da hast du natürlich recht, cool. Sehr guter Kommentar, vielen Dank

  • #3

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