Physik des Fliegens

Die Physik des Fliegens – ein kurzer Abriss

Esther Nestle
22.02.2019
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4 Minuten

Warum fliegen Flugzeuge? Des Rätsels Lösung kreist um vier gegensätzliche Kräfte, deren perfektes Zusammenspiel tonnenschwere Flugzeuge in die Luft gehen lässt, „einfach so“.

Wie ein Vogel einfach so vom Boden abheben und sich scheinbar schwerelos durch die Lüfte zu bewegen – die Wahrwerdung dieses alten Menschheitstraumes fiel jedoch nicht „einfach mal so“ vom Himmel herab. Dass die Fliegerei einmal fast so selbstverständlich zu unserem Leben dazugehört wie meinetwegen Fahrradfahren oder Singen oder Gemüse putzen, das verdanken wir einer ganzen Reihe von Flug-Visionären, die dem Zusammenspiel besagter vier Kräfte erst nach und nach auf die Schliche kamen. Einige dieser genialen Köpfe fällt die Ehre zu, die Landebahn einer der nächsten Flugartikel anzusteuern.

Heute also die Frage:

Warum fliegen Flugzeuge?

Ein großes Passagier- oder Frachtflugzeug bringt locker 100 oder 200 Tonnen auf die Waage. ZWEIHUNDERTTAUSEND Kilogramm! Der Airbus 380 als das größte und schwerste Passagierflugzeug der Welt kann sogar mit unglaublichen 560 Tonnen Startgewicht dem Boden die Rücklichter zeigen (Dass dieses Trumm von einem Flieger dennoch bald schon den Boden nicht mehr verlassen wird, das steht auf einem anderen Blatt). Da rollt also eine vieltonnenschwere Kiste die Startbahn entlang und hebt irgendwann ab wie eine Feder, wird wie von Geisterhand höher und höher gehoben.

Ein Teil unserer Leser dürfte bestens Bescheid wissen – her mit eurem Fachwissen! Herzliche Einladung zum Mitschreiben bei WingMag – ein anderer Teil fühlt sich vielleicht weniger luftsicher und fragt: Wie geht das?

Die Physik des Fliegens – vier Aerodynamiken

Fährst du noch oder fliegst du schon? Ob Bodenhaftung oder Luftnummer, das entscheidet das Zusammenspiel dieser vier Kräfte:

Die Schwerkraft zieht das Flugzeug nach unten und hält es zunächst auf dem Boden. Was jetzt keine wirkliche Überraschung ist … Der Auftrieb „zieht“ – nomen est omen – das Gewicht nach oben und hält das Flugzeug in der Luft. Erst wenn der Auftrieb größer als die Schwerkraft ist, hebt der Flieger ab. Die Schubkraft? Sie treibt die Maschine nach vorne. Der zu überwindende Luftwiderstand als Gegenkraft bremst wiederum die Maschine ab. Das hoch komplexe Wissen um das Zusammenspiel dieser vier Kräfte ist das kleine Einmaleins des Flugzeugbaus.

Wie schafft es der Auftrieb, die Schwerkraft „außer Kraft“ zu setzen?

Für den dynamischen Auftrieb sind vor allem die Tragflächen zuständig, deren gekrümmte Form im Profil deutlich erkennbar ist. Diese Form sorgt dafür, dass die Luft auf der gewölbten oberen Seite der Tragfläche viel schneller vorbei strömt als auf der geraden unteren Seite. Je schneller die Luft nun um die Tragflächen strömt, desto mehr Auftrieb entsteht. Das heißt: Über den Tragflächen entsteht ein starker Sog nach oben. Je höher die Geschwindigkeit des Flugzeugs, desto höher die Sogkraft beziehungsweise der Auftrieb. Ab einem bestimmten Punkt ist der Sog (der Auftrieb) stärker als die Schwerkraft – das Flugzeug hebt ab. Die für den Schub eingesetzten Triebwerke liefern die Power für hohe Geschwindigkeiten, damit die Tragflächen schnell genug von der Luft umströmt werden und der Auftrieb die Schwerkraft überwinden kann.

Kaum ein Leser, dem nicht bewusst sein dürfte, dass die wissenschaftlich korrekte Erklärung, wie der Auftrieb im Detail entsteht, hoch mathematisch ist und noch viele weitere Komponenten ins Spiel bringt: Zirkulation, Rotation, Gradient, Wirbel, veranschaulicht durch Vektorfelder, Anfahrwirbel, Stromlinien. Aber auch, wenn obige Erklärung für einen Teil unserer geschätzten Leserschaft kalter Kaffee sein dürfte, ist der andere Teil dank dem vereinfachten, sich auf die Grundzüge beschränkenden Erklärung dem Geheimnis des Fliegens vielleicht ein wenig mehr auf die Spur gekommen.

In diesem Video werden zwei Theorien anschaulich erläutert, wie ein Flugzeug zum Fliegen kommt:

von Esther Nestle

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