Warum fliegt ein Flugzeug? Wie entsteht Auftrieb?
Warum fliegt ein Flugzeug?
Welche Kräfte wirken auf ein Flugzeug? Der Airbus A320 hat ein maximal zugelassenes Abfluggewicht von 78.000 kg. Damit diese 78t abheben können muss diese Gewichtskraft vom Auftrieb überkommen werden. Ist der Auftrieb = Gewicht fliegt das Flugzeug ohne Höhenänderung.
Ist der Auftrieb größer als das Gewicht, so steigt das Flugzeug. Bei geringerem Auftrieb als das Gewicht sinkt das Flugzeug.
Die CFM 56 Triebwerke des Airbus leisten je einen Schub von 118 kN, gesamt also 236 kN Schubkraft, die den Airbus nach vorne bewegen. Gegenüber der Schubkraft steht der Widerstand. Je größer die Geschwindigkeit, desto größer ist auch der Widerstand. Ist Schub = Widerstand, so fliegt das Flugzeug mit einer bestimmten, unbeschleunigten Geschwindigkeit. Ist der Schub kleiner als der Widerstand, verliert das Flugzeug an Geschwindigkeit. Ist der Schub größer als der Widerstand beschleunigt das Flugzeug.
Wie entsteht der Auftrieb?
Maßgeblich sind die Tragflächen des Flugzeugs für den Auftrieb verantwortlich. Bei einem Airbus A320 sorgen Sie für rund 80% des Auftriebs. Die Tragflächen besitzen eine besondere Form. Würde man eine Tragfläche von vorne nach hinten Abtrennen und von der Seite auf Sie schauen, so erkennt man eine auffällige Wölbung an der Oberseite.
Diese Wölbung hat zur Folge, dass die gemessene Strecke von der Vorderkante der Tragfläche, engl. Leading Edge, zur hinteren Kante, Trailing Edge, auf der Oberseite deutlich länger ist, als auf der Unterseite. Trifft nun der Luftstrom auf die Leading edge, so teilt sich dieser. Ein Teil nimmt die längere Strecke oberhalb der Tragfläche, der andere Teil den kürzeren unterhalb der Tragfläche. Da die Luftströme an der Trailing edge relativ zeitgleich wieder zusammenkommen, muss der Luftstrom oberhalb schneller strömen, um zeitgleich mit dem unteren Luftstrom wieder zusammen zu kommen. Auf der Oberseite fließt der Luftstrom also schneller als auf der Unterseite. Nun wird ein physikalisches Gesetz, entdeckt von Herrn Bernoulli, von Bedeutung. Dieser fand heraus, dass der statische Druck mit zunehmender Geschwindigkeit sinkt. D.h. je größer die Geschwindigkeit, desto geringer der statische Druck. Oberhalb der Tragfläche ist die größere Geschwindigkeit, folglich auch der geringere Druck. Der geringere Druck oberhalb der Tragfläche ist für ca. 2/3 des Auftriebs des Flugzeugs verantwortlich. Das übrige Drittel kommt vom höheren Druck unterhalb der Tragfläche, dieser drückt das Flugzeug nach oben.
[Experiment – nehmen Sie sich einen Trinkhalm und ein Gasser mit stillem Wasser. Halten Sie den Trinkhalm senkrecht in das Glas und pusten Sie über die obere Öffnung des Trinkhalms. Die Strömungsgeschwindigkeit nimmt durch das Pusten zu, der statische Druck innerhalb des Trinkhalms nimmt ab und das Wasser steigt im Trinkhalm.]
Um den Auftrieb zu erhöhen muss das Flugzeug also schneller fliegen. Je schneller es wird, desto schneller wird das Profil vom Luftstrom umströmt und desto größer ist die Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite. Eine weitere Möglichkeit den Auftrieb bei gleichbleibender Geschwindigkeit zu erhöhen, ist die Erhöhung des Anstellwinkels, engl. Angle of attack. Als Anstellwinkel wird der Winkel zwischen dem Luftstrom und der Tragfläche. Bis zu einem gewissen Maß nimmt der Auftrieb bei gleichbleibender Geschwindigkeit mit steigendem Anstellwinkel zu. Doch vorsicht – ab einem bestimmten Winkel ist der Luftstrom nicht mehr in der Lage, das Profil zu umströmen und reißt abrupt ab. Bei diesem sogenannten Strömungsabriss verwirbelt der Luftstrom kurz hinter der Leading edge auf der Oberseite – der Auftrieb ist nahezu bei 0. Kommt es zu einem Strömungsabriss muss der Pilot sofort handeln. Das erste Kommando heißt, Flugzeugnase senken und Schub erhöhen. Ist das Flugzeug in ausreichender Höhe unterwegs, so bekommt der Pilot das Flugzeug problemlos wieder unter Kontrolle.
Warum ein Flugzeug fliegt – wie sich Steigrate, Geschwindigkeit und Antellwinkel zueinander verhalten erklärt Ihnen Ihr Pilot während Ihres Erlebnisflugs im Flugsimulator. Unsere Standorte finden Sie hier
