Entstehung des Auftriebs durch Druckunterschiede an Flügelober- und -Flügelunterseite
Joachim Herz Stiftung
Die anströmende Luft gelangt sowohl auf die längere gekrümmte Flügeloberseite als auch auf die kürzere Flügelunterseite und wird dann nach unten abgelenkt (Abb. 1). Oben fließt die Luft schneller als unten. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit an der Oberseite nimmt der dynamische Druck zu. Dagegen muss sich der statische Druck entsprechend verringern. Auf der Unterseite haben wir die umgekehrte Erscheinung. Durch die geringe Strömungsgeschwindigkeit wird der dynamische Druck kleiner und der statische Druck erhöht sich. Dabei drückt der statische Druck gegen die Flügelunterseite.
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Der durch die langsamere Luftströmung entstehende Überdruck unter den Flügeln erzeugt nun eine Kraft, die nur etwa ein Drittel des gesamten Auftriebs beträgt (Abb. 2). Unter den Flügeln ist daher der dynamische Druck geringer und damit der statische Druck größer. Zwei Drittel des Auftriebs werden vom Unterdruck durch die schnellere Luftströmung auf der Flügeloberseite gebildet. Unterdruck oben und Überdruck unten ergeben den Gesamtauftrieb. Dieser steht im rechten Winkel zur anströmenden Luft.
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Durch die Flügelwölbung löst sich an der hinteren Tragflächenkante ein Wirbel ab (Abb. 3). Nun haben wir von Isaac Newton gelernt, dass actio = reactio ist. Also braucht dieser Anfahrwirbel einen Gegenwirbel mit umgekehrter Drehrichtung. Als Ausgleich bildet sich tatsächlich eine Strömung in entgegengesetzter Richtung im Uhrzeigersinn um den gesamten Flügel. Durch die noch von vorn anströmende Luft beim Vorwärtsbewegen fließt die Luft aber insgesamt nach hinten, oben schneller und unten langsamer.
Nach dem Bernoullischen Gesetz entsteht oberhalb der Tragfläche ein Unterdruck und unterhalb ein Überdruck. Die Geschwindigkeitsunterschiede erzeugen dabei den Auftrieb, der den Flügel entgegen der Schwerkraft nach oben zieht.