Kraft durch vorbeistreichende Luft
Bewegt man ein Profil durch Luft, so wird die Luft in einem größeren Bereich um das Profil herum in Bewegung gesetzt.
In der Animation wird die Bewegung der Luft symbolisch durch die hellen Flecken verdeutlicht.
Bewegt sich das Profil wie gezeigt durch die Luft, so bewirkt es eine Kraft auf die Luft nach unten. Die zugehörige Gegenkraft der Luft auf das Profil nennt man dynamische Auftriebskraft. (Der Fachbegriff Aerodynamik kommt von Aeros: Luft und Dynamic: Bewegung).
In gleicher Weise kann man natürlich auch bewegte Luft (meist als Wind bezeichnet) an einem Profil vorbeistreichen lassen. Dann wird diese bewegte Luft in einem größeren Bereich um das Profil herum abgelenkt.
In der Animation wird gezeigt, wie sich Luft (symbolisch durch die hellen Flecken) verdeutlicht an einem Profil vorbei bewegt.
Dabei wird sowohl die Luft oberhalb des Profils als auch die unterhalb des Profils nach unten abgelenkt. Hinter dem Profil kommt es durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Luft zu Verwirbelungen. Insgesamt bewirkt das Profil auf die vorbeistreichende Luft eine Kraft nach unten. Die Reaktionskraft wirkt auf das Profil nach oben und bewirkt damit den dynamischen Auftrieb.
Anmerkung: Was hier mit Luft dargestellt wurde, lässt sich ebenso mit Wasser (dann Hydrodynamik genannt) darstellen.
Drachen
Bei Drachen und Kites, die von ihren Piloten mittels Schnursteuerung geflogen werden, unterscheidet man zwischen Einleinerdrachen, von denen nur eine einzige Schnur zum Piloten führt und Mehrleinerdrachen (Lenkdrachen) bei dem mehrere Leinen zum Piloten führen, mit deren Hilfe der Drachen steuerbar wird.
Wandert der Aufhängepunkt an der Waage zur Nase, so steht der Drachen flacher zum Wind, d.h. das Profil wird mehr von der Nase her angeströmt. Der Drachen steigt leichter und höher (steiler), findet aber nicht so leicht zu einer ruhigen Stellung.
Wandert der Aufhängepunkt zum Schwanzende, so steht der Drachen steiler zum Wind, d.h. der Drachen wird mehr von der Unterseite angeströmt. Dadurch steigt der Drachen weniger steil hinauf, findet aber leichter eine ruhige Stellung.
Mehrleiner - Drachen (Lenkdrachen)
Lenkdrachen lassen sich durch ziehen an den (im einfachsten Fall beiden) Schnüren nach links und rechts steuern. Mit etwas Übung und Geschick lassen sich dabei die tollsten Figuren fliegen.
Kitesurfen
Beim Kitesurfen verwendet man die dynamische Auftriebskraft eines Drachens zum Ziehen des Surfbrettes. Als horizontale Gegenkraft benötigt man die hydrodynamische Kraft des Surfboards am Wasser.
Alternativ zum Surfboard werden auch Ski oder Snowboards auf Schneeunterlagen für das Kitesurfing verwendet.
Flugzeug
Im Idealfall fliegt ein Flugzeug mit konstanter Geschwindkeit unter einem vom Flugzeugtyp abhängigen Gleitwinkel \(\epsilon\) zur Horizontalen. Dann sind Auftriebskraft (Gesamtkraft der Luft auf das Flugzeug) und Gewichtskraft gegengleich und der Bewegungszustand des Flugzeugs ändert sich nicht.
Vergrößert der Pilot durch entsprechende Steuermaßnahmen den Gleitwinkel \(\epsilon\), so bewirkt die vektorielle Kräftesumme aus Auftriebskraft und Gewichtskraft eine beschleuinigende Kraft. Diese vergrößert die Geschwindigkeit des Flugzeugs und erhöht damit die Auftriebskraft. In gleicher Weise kann der Pilot durch Verringerung des Gleitwinkels das Flugzeug abbremsen.
| Fluggerät | Gleitwinkel |
| Sport-Segelflugzeug | 1° |
| Airbus A340 | 3,5° |
| Hängegleiter (Drachen-, Deltasegler) | 5-8° |
| Gleitschirm (Paraglider) | 7-10° |
Besitzt ein Flugzeug einen Motor, so erhöht sich seine Geschwindkeit. Je größer die Geschwindigkeit ist, um so größer wird die Auftriebskraft. Auf diese Weise kann das motorgetriebene Flugzeug durch die größeren Auftriebwerte kleinere und sogar negative Gleitwinkel \(\epsilon\) (also Steigwinkel) erreichen.
Paraglider
Beim Paragliding oder Gleitschirmfliegen nutzt man den Auftrieb des Gleitschirms, gesteuert wird er durch variieren des Zugs auf die verschiedenen Seile.
Meht Information über diesen faszinierenden, aber nicht ungefährlichen Sport erhält man über: http://de.wikipedia.org/wiki/Gleitschirm
Beim Hängegleiter oder Drachenfliegen steuert man mittels Gewichtsverlagerung durch Verschieben an der Trapezstange.
Mehr Information über diesen faszinierenden, aber nicht ungefährlichen Sport erhält man über http://de.wikipedia.org/wiki/Drachenfliegen
Segelboot
Bei einem Segelboot benutzt man einerseits den dynamischen Auftrieb, der durch Vorbeistreichen der Luft am Segel entsteht (aerodynamische Kraft) und andererseits den dynamischen Auftrieb, der durch die Bewegung des Kiels bzw. Schwertes durch das Wasser entsteht (hydrodynamische Kraft).
Wie bei allen Bewegungen stellt sich nach einer gewissen Zeit ein Gleichgewicht zwischen zwei Kräften ein, so dass der Köper (hier das Boot) seinen Bewegungszustand beibehält.
Segelt man eine Weile mit dem Wind von rechts (steuerbord) wie das Neuseeländische Boot und anschließend eine Weile mit dem Wind von links (backbord), so kreuzt man direkt gegen den Wind.
Windsurfen
Detailliertere Information über diesen Sport mit seinen verschiedenen Varianten erhält man über http://de.wikipedia.org/wiki/Windsurfen
Windmühle
Die hübschen Rotoren in Abb.1 zeigen sehr schön, welche Ähnlichkeit eine Windmühle mit den Segeln eines Segelbootes hat.
Im Unterschied zum Segelboot ist jedoch die Geschwindigkeit der Segels an den Flügelspitzen größer als in der Nähe der Achse. Deshalb sollten die Profile eines Windrades oder einer Windkraftanlage entsprechend verwunden sein.
Propeller
Beim Flugzeugpropeller dreht sich ein Profil mit großer Geschwindigkeit durch die Luft, die Enden schneller als die achsennahen Profilteile. Dadurch wird die Luft nach hinten gedrückt und der Propeller mit dem daran hängenden Flugzeug nach vorne.
Die Rotorblätter des Propellers sind verwunden, um der größeren Geschwindigkeit an den Blattenden Rechnung zu tragen.
Der Helikopter (auch Drehflügelflugzeug) verwendet die Rotoren direkt zum Auftrieb und benötigt nicht zusätzlich zu den Antriebsrotoren Tragflächen.
Genau so wie der Flugzeugpropeller in der Luft, funktioniert der Schiffspropeller im Wasser. Wegen der unterschiedlichen Konsistenz von Wasser und Luft sind die Bauformen und Drehgeschwindigkeiten beim Schiffspropeller aber anders als bei der Luftschraube eines Flugzeugs.
