Flugzeug in der Luft

Warum fliegt ein Flugzeug?

Bald ist wieder Urlaubszeit und für viele geht es mit dem Flugzeug in den Urlaub. Für weite Strecken kommt meistens ein sehr großes Flugzeug zum Einsatz. Doch wie kann es sein, dass Flugzeuge abheben können? Warum fliegt ein Flugzeug?

Der Bernoulli-Effekt

Als Grundlage für die Funktionsweise eines Flugzeugs gilt der Bernoulli-Effekt. Bernoulli war ein Schweizer Physiker, der herausfand, dass strömende Gase und auch Flüssigkeiten einen geringen Druck als ruhende auf ihre Umgebung ausüben. Der Druck ist kleiner je höher die Geschwindigkeit ist.

Warum fliegt ein Flugzeug?

Auf ein Flugzeug wirken vier physikalische Kräfte, die das Flugzeug zu überwinden hat. Diese Kräfte lauten wie folgt:

  • Auftrieb
  • Vortrieb
  • Schwerkraft
  • Luftwiderstand

Auftrieb

warum fliegt ein Flugzeug Erklärung
Durch die Form der Tragflächen, entsteht Auftrieb.

Auftrieb benötigt das Flugzeug, um aufzusteigen. Dieser wird vor allem durch die Form der Flügel, den Tragflächen, erzeugt. Die Flügel sind leicht geneigt. Dabei ist die Flügeloberseite gewölbt und die Unterseite fast gerade. Die Luftteilchen oberhalb des Flügels sind schneller als die Luftströme unterhalb des Flügels, sodass der Bernoulli-Effekt eintritt und der Druck oberhalb der Tragfläche geringer ist als unterhalb. Die Luftströme oberhalb des Flügels sind schneller, da beim Start des Flugzeuges ein Wirbel an der hinteren Kante entsteht und dieser mit einer Strömung, die um den ganzen Flügel rumgeht, ausgeglichen werden muss. Es entsteht ein Sog nach oben und das Flugzeug hebt ab.

Schwerkraft

Für ein Flugzeug gilt es die Schwerkraft zu überwinden, denn diese zieht das Flugzeug nach unten. Der Auftrieb muss also stäker als die Schwerkraft sein, damit das Flugzeug abheben kann.

Vortrieb

Damit das Flugzeug nach vorne fliegen kann, benötigt es den Vortrieb. Für den Vortrieb sorgen die Triebwerke, die eine Mindestgeschwindigkeit leisten müssen, damit das Flugzeug in der Luft bleibt.

Luftwiderstand

Durch den Vortrieb wirkt eine aerodynamische Gegenkraft, der Luftwiderstand. Je schneller man fliegt desto höher wirkt der Widerstand. Der Wind, der diesen Widerstand bewirkt, nennt man relativen Wind. Wenn der tatsächliche Wind nach vorne weht, weht der relative Wind entgegengesetzt. Jedoch ist die Form des Flugzeuges so optimiert, sodass der Widerstand geringer gehalten wird. Auch das Material trägt dazu bei, dass der Luftwiderstand nicht zu stark ist. Neben dem Luftwiderstand wirkt auch noch ein anderer Widerstand: der Randwiderstand. Hier entstehen kleine Wirbel an der Spitze der Flügel, die die Fortbewegung in der Luft erschweren.

Der Start des Flugzeugs

Wie im Video zu sehen beschleunigt ein Flugzeug, bis die Geschwindigkeit erreicht ist, um zum Flug überzugehen. Damit dieser tatsächlich abheben kann, erhöht der Pilot den Winkel des Flügels, indem er die Flugzeugnase nach oben zieht. Die Angriffsfläche der Luft wurde somit erhöht und der Auftrieb genügt nun, um abzuheben.

Während des Fluges

Flugzeug in der Luft
Das Flugzeug kann durch die Geschwindigkeit fast horizontal fliegen.

Um zu erklären, wie das Flugzeug nach dem Start fast horizontal fliegt, muss der Anstellwinkel erklärt werden. Damit ist der Winkel zwischen der anströmenden Luft (relativer Wind) und dem Flügel (Profilsehne) gemeint. Die Profilsehne ist eine gedachte Linie zwischen der Vorderkante des Flügels und der Hinterkante. Je schneller ein Flugzeug fliegt desto geringer muss dieser Anstellwinkel sein. Umgekehrt, wenn das Flugzeug langsamer wird, muss der Anstellwinkel erhöht werden. Ein zu hoher Anstellwinkel kann jedoch zu Turbulenzen führen und der Auftrieb geht verloren (Strömungsabriss).

Geschichte des Fliegens

Schon immer waren Menschen von dem Gedanken fasziniert, wie ein Vogel fliegen zu können. Bereits Leonardo da Vinci machte sich Gedanke darüber, wie man fliegen könnte und entwarf 1493 ein Hubschrauber-ähnliches Fluggerät. Diese Vorlagen wurden aber nie umgesetzt. Um 1783 wurde der erste bemannte Heißluftballon erfolgreich in die Luft gelassen. Nach etlichen weiteren Versuchen von verschiedenen Physikern der Welt ein Fluginstrument zu erschaffen, gelang es Otto Lilienthal 1891 mit einem Fluggerät zu fliegen und erprobte daraufhin weitere 30 Gleitflugzeuge.

Den ersten motorisierten Flug in Europa fand im Jahre 1906 statt. Dabei handelt es sich aber nur um Holzkonstruktionen, deren Flügel stark an Vögeln orientiert waren. 1909 flog dann Louis Blériot über den Ärmelkanal. Insgesamt war er ungefähr 35 Minuten in der Luft. 1936 gab es den ersten funktionsfähigen Hubschrauber.

Das erste funktionstüchtige Flugzeug wurde im Jahre 1939 von Erich Warsitz geflogen. Das größte Flugzeug der Welt, der Airbus 380, wurde 2005 entwickelt. Dieser kann 15.000 km nonstop durchfliegen, 555 Passagiere befördern und wiegt fast 560 Tonnen.

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