Auftrieb ist die aufwärtswirkende Kraft, die auf einen Flugzeugflügel wirkt, und entsteht durch aerodynamische Prinzipien wie das Bernoulli-Prinzip und Newtons drittes Gesetz.
Wie ein Flugzeugflügel Auftrieb erzeugt
Die Fähigkeit eines Flugzeugs, in der Luft zu bleiben, hängt von einem entscheidenden Phänomen ab: dem Auftrieb. Auftrieb ist die Aufwärtskraft, die auf einen Flugzeugflügel wirkt und ihn in der Luft hält. Um zu verstehen, wie ein Flugzeugflügel Auftrieb erzeugt, müssen wir uns einige Konzepte aus der Aerodynamik genauer ansehen.
Bernoulli-Prinzip
Ein Schlüsselkonzept zur Erklärung des Auftriebs ist das Bernoulli-Prinzip. Daniel Bernoulli hat festgestellt, dass in einem strömenden Fluid (z.B. Luft) der Druck abnimmt, wenn die Geschwindigkeit zunimmt. Flugzeugflügel sind so geformt, dass die Luft schneller über die obere Oberfläche und langsamer unter der unteren Oberfläche strömt. Dies führt zu einem Druckunterschied, wobei der Druck unter dem Flügel höher ist als der Druck über dem Flügel.
Die Grundidee ist, dass die Form des Flügels einen längeren Weg für die Luft über die obere Oberfläche schafft als unter der unteren Oberfläche. Da die Luftmoleküle, die auf beiden Seiten des Flügels starten, gleichzeitig an der Hinterkante ankommen müssen, muss die Luft über die obere Oberfläche schneller strömen. Dieser Geschwindigkeitsunterschied erzeugt einen geringeren Druck auf der Oberseite des Flügels gemäß dem Bernoulli-Prinzip:
\( p + 0.5 \cdot \rho \cdot v^2 = \text{konstant} \)
Newton’sche Gesetze
Außerdem spielt Newtons drittes Gesetz, das Aktions-Reaktions-Prinzip, eine Rolle beim Auftrieb. Wenn die Luft über und unter dem Flügel strömt, wird sie nach unten abgelenkt. Nach Newtons drittem Gesetz wird auf den Flügel eine gleichgroße und entgegengesetzte Kraft ausgeübt, wodurch der Auftrieb entsteht.
Flügelprofil (Airfoil)
Ein Flugzeugflügel hat ein spezielles Profil, das “Airfoil” genannt wird. Ein Airfoil hat eine gekrümmte obere Oberfläche und eine flachere oder leicht gebogene untere Oberfläche. Dieses Profil hilft dabei, den notwendigen Geschwindigkeitsunterschied der Luft zu erzeugen, was zu dem Druckunterschied und dem resultierenden Auftrieb führt.
Einflussgrößen auf den Auftrieb
- Flügelneigung (Anstellwinkel): Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen der Anströmrichtung der Luft und der Flügelchordlinie (gedachte Linie von der Vorder- zur Hinterkante des Flügels). Ein größerer Anstellwinkel erzeugt mehr Auftrieb, aber zu große Winkel können zum Strömungsabriss und Auftriebsverlust führen.
- Flügelfläche: Eine größere Flügelfläche erzeugt mehr Auftrieb, da mehr Luftmoleküle auf den Flügel einwirken.
- Fluggeschwindigkeit: Höhere Geschwindigkeiten erhöhen den Auftrieb, da der Luftstrom über und unter dem Flügel schneller ist.
- Luftdichte: Die Dichte der Luft beeinflusst den Auftrieb, da dichtere Luft mehr Moleküle enthält, die auf den Flügel einwirken.
Fazit
Zusammenfassend beruht der Auftrieb eines Flugzeugflügels auf einer Kombination von Aerodynamikprinzipien. Durch die spezielle Form des Flügels und den Geschwindigkeitsunterschied der Luft auf beiden Seiten des Flügels entsteht ein Druckunterschied, der den Flügel nach oben drückt. Zusätzlich trägt die Ablenkung der Luft nach unten gemäß Newtons drittem Gesetz zur Auftriebsentstehung bei. Diese Prinzipien ermöglichen es Flugzeugen, in der Luft zu bleiben und sicher zu fliegen.
