Der Traum vom Fliegen beschäftigte die Menschen schon sehr früh, wie uns schon dies Sage von Dädalus und Ikarus zeigt. Es war sicher nicht die schlechteste Idee bei der Gestaltung der Flügel die Natur als Vorbild zu nehmen. Angeblich hat es ja funktioniert, nur der Hochmut hat den Menschen wiedermal zu Fall gebracht.
Heute ist Fliegen alltäglich geworden. Trotzdem hat das Fliegen wenig von seiner Faszination eingebüßt. Grundlage für das Fliegen ist die Entstehung von dynamischem Auftrieb. Besonders hohen Auftrieb erfahren Tragflächenprofile. Diese sind in der Regel vorn in der Anströmung rund ausgeformt und laufen zur Hinterkante möglichst spitz zusammen. Die Notwendigkeit dieser speziellen Form, um hohen Auftrieb zu erreichen, hat bereits Karl Wilhelm Otto LILIENTHAL (1848 - 1896) - unterstützt von seinem Bruder Gustav - erkannt. Beide führten zusammen systematische Messungen an gewölbten Formen durch. Schließlich gelangen LILIENTHAL auch erste erfolgreiche Gleitflüge mit selbstgebauten Flugapparaten, die ihm leider auch zum Verhängnis wurden. Aber wie der Auftrieb an diesen gewölbten Formen entsteht, konnte auch er nicht richtig beschreiben.
Kräfte beim Fliegen
Bei einem Flugzeug spielt das Zusammenwirken von Auftriebskraft und Luftwiderstand die „tragende“ Rolle. Wir betrachten zur Vereinfachung nur den Tragflügel eines Flugzeugs. In der Realität wird durch zusätzliche Kräfte auf den Rumpf und das Leitwerk alles viel komplizierter. Zusätzlich zu Auftriebskraft \(\vec F_\rm{A}\) und Luftwiderstand \(\vec F_\rm{LR}\) wirken die Gewichtskraft \(\vec F_\rm{G}\) und die Schubkraft \(\vec F_\rm{Schub}\) des Motors oder des Propellers. Zu betrachten sind die drei Zustände Steigflug, Geradeausflug und Sinkflug.
Steigflug
Joachim Herz Stiftung
Wir gehen davon aus, dass beim Steigflug das Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit steigt. Es handelt sich also um eine gleichförmige Bewegung, bei der sich alle auf das Flugzeug wirkenden Kräfte kompensieren.
Aus Abb. 3 ist Folgendes ersichtlich:
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Die Auftriebskraft \(\vec F_{\rm{A}}\) ist betragsgleich der Projektion der Gewichtskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) senkrecht zur Flugrichtung.
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Die Schubkraft \(\vec F_{\rm{Schub}}\) ist betragsgleich der Summe aus der Projektion der Gewichtskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) in Flugrichtung und der Luftreibung \(\vec F_{\rm{LR}}\).
Geradeausflug
Joachim Herz Stiftung
Als Geradeausflug bezeichnet man die Bewegung des Flugzeugs mit konstanter Höhe und konstanter horizontaler Geschwindigkeit. Es handelt sich also um eine gleichförmige Bewegung, bei der sich alle auf das Flugzeug wirkenden Kräfte kompensieren.
Aus Abb. 4 ist Folgendes ersichtlich:
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Die Auftriebskraft \(\vec F_{\rm{A}}\) ist betragsgleich der Gewichtskraft \(\vec F_{\rm{G}}\).
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Die Schubkraft \(\vec F_{\rm{Schub}}\) ist betragsgleich dem Luftwiderstand \(\vec F_{\rm{LR}}\).
Sinkflug
Joachim Herz Stiftung
Wir gehen davon aus, dass beim Sinkflug keine Schubkraft durch den Motor wirkt und dass das Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit sinkt. Es handelt sich also wiederum um eine gleichförmige Bewegung, bei der sich alle auf das Flugzeug wirkenden Kräfte kompensieren.
Aus Abb. 5 ist Folgendes ersichtlich:
- Die Resultierende aus Auftriebskraft \(\vec F_{\rm{A}}\) und Luftwiderstand \(\vec F_{\rm{LR}}\) ist betragsgleich der Gewichtskraft \(\vec F_{\rm{G}}\).