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Tragfläche

Tragfläche

Die Tragfläche ist das Bauteil eines Flugzeugs, das den Auftrieb erzeugt.

Funktionsprinzip

Der Auftrieb entsteht durch Luft, die um die Tragfläche herum strömt. Die Luft wird insgesamt nach unten abgelenkt, und nach dem dritten Newton'schen Gesetz (Kraft=Gegenkraft) entsteht dabei eine Auftriebskraft. Diese hält das Flugzeug - entgegen der Schwerkraft - in der Luft. Wenn man die Luftströmung um eine Tragfläche im Detail betrachtet, stellt man fest, dass die Luft oberhalb der Tragfläche schneller als unterhalb fließt. Im Bereich über der Tragfläche bildet sich durch die schnellere Strömung nach Bernoulli ein Unterdruck, der die Tragfläche nach oben "saugt". Auf der Unterseite steigt aufgrund der langsameren Strömung der Druck gleichzeitig an und "hebt" das Flugzeug. Der Auftrieb wird im Reiseflug etwa zu 2/3 durch die Tragflächenoberseite erzeugt und nur zu 1/3 durch die Unterseite. Die spezielle Form (das "Profil") der meisten Tragflächen, deren Oberseite meist konvex gewölbt ist, verstärkt den Geschwindigkeitsunterschied zwischen Ober- und Unterseite, das Ausmaß der Luftablenkung und somit letztlich den Auftrieb. Die Form des Tragflügels ist auch entscheidend für eine laminare bzw. turbulente Strömung, die über die Qualität des Auftriebs entscheidet. Grundsätzlich erzeugt jedoch jede flache Form einen Auftrieb, sofern sie mit einem Anstellwinkel schräg zur Luftströmung gehalten wird. Beispiele hierfür sind ein Papierflieger oder die aus dem fahrenden Auto gehaltene Hand. Da die Auftriebserzeugung immer gleich funktioniert, sind Flugzeuge mit allen Flügelprofilen in der Lage, auch auf dem Rücken zu fliegen. Detailliertere Modelle sprechen von einer Zirkulation, die aufgrund des Anstellwinkels (Neigung der Tragfläche zum Luftstrom) um die Tragfläche herum entsteht. Diese zirkuliert auf der Oberseite der Tragfläche mit dem Luftstrom und auf der Unterseite gegen den Luftstrom und addiert sich zur ungestörten Luftströmung. Tatsächlich strömt die Luft auf der Unterseite der Tragfläche nicht entgegengesetzt. Es handelt sich hierbei um ein mathematisches Modell, das erklären soll, dass der Luftstrom auf der Oberseite der Tragfläche aufgrund der Zirkulation beschleunigt und auf der Unterseite leicht verlangsamt wird. Entscheidend beeinflusst wird der Auftrieb durch Veränderungen des Anstellwinkels (z.B. durch Betätigung des Höhenruders) - allerdings nur bis zu einem bestimmten Punkt. Wird versucht, den Anstellwinkel noch weiter zu erhöhen, löst sich die Luftströmung von der Oberseite der Tragfläche ab (Strömungsabriss). Die Luftablenkung nach unten und somit der Auftrieb brechen dabei zusammen, und es entstehen statt dessen nur noch Luftwirbel. Da Tragflächen nur bei Umströmung Auftrieb liefern, spricht man von dynamischem Auftrieb.

Form

Strömungsabriss In der Frühzeit der Fliegerei waren die Tragflächen entweder einfache Rechtecke, Ellipsen oder in ihrer Form dem Vogelflügel nachempfunden. Heutige Tragflächen haben eine Vielzahl verschiedener Formen. In der Regel sind sie lang gestreckt und haben eine tropfenähnliche Form im Profil. Zum Ende hin verjüngen sie sich. Bei moderneren Verkehrsflugzeugen gehen sie in so genannte Winglets über. Durch den geringeren Luftdruck auf der Oberseite der Tragflächen, strömt die Luft an deren Spitzen von unten nach oben. So entstehen Luftwirbel die sich unter anderem in den gefürchteten Wirbelschleppen fortsetzen. Die Winglets vermindern Luftverwirbelungen an den Enden der Tragflächen, reduzieren so den Energieverlust, den die Wirbelschleppen mit sich bringen und machen so das Flugzeug sparsamer im Verbrauch. Überschallflugzeuge, z.B. die Concorde, haben oft dreieckige Tragflächen oder Deltaflügel. Diese sind den beim überschallschnellen Flug auftretenden Effekten besser angepasst, als der sonst üblicherweise eingesetzte Trapezflügel. Beim Flug mit Überschallgeschwindigkeit treten Verdichtungsstoße auf. Dies sind Bereiche, in denen der Druck des umgebenden Fluids, also der Luft, sprunghaft ansteigt. Einige dieser Stöße breiten sich in einer Form um das Flugzeug aus, der die Pfeilung des Flügels angepasst ist. (Je höher die Fluggeschwindigkeit sein soll, um so stärker muss der Flügel gepfeilt sein.) Beim Flug mit Überschallgeschwindigkeit tritt ein (schräger) Stoß an der der Vorderkante auf. Beim Flug mit Transschallgeschwindigkeit tritt ein (senkrechter) Stoß auf der Flügeloberseite auf, hinter dem die Geschwindigkeit der Luftströmung plötzlich in den Unterschall fällt, was eine Umkehrung einiger strömungmechanischer Effekte zur Folge hat. Kombiniert man also durch eine falsche Flügelkonfiguration diese unterschiedlichen Effekte auf einen Flügel können sich diese gegenseitig eliminieren. Schlussendlich erhält man eine homogene Antrömungsgeschwindigkeit auf die Vorderkande des Flügels, wenn diese der Anströmung selbst angepasst ist. Verdichtungsstoß Durch die Pfeilung verringert sich diese Geschwindigkeit mit dem Kosinus des Pfeilwinkels und führt zum Verlust von Auftrieb. Nachteilig ist außerdem, dass neben dieser Normalgeschwindigkeit auch eine Tangentialkomponente auftritt, die sich entsprechend vergrößert. Diese bewirkt ein Abschwimmen der Grenzschicht im äußeren Flügelbereich. Dadurch wird die Grenzschicht aufgedickt, und es kann zu einem Ablösen der Strömung an den Flügelspitzen kommen. Dies verringert die Querruderwirksamkeit. Daneben sind noch eine Reihe weiterer Formen, z.B. ringförmige Tragflächen (Ringflügel) möglich, die aber bislang nur bei Modell- und Experimentalflugzeugen verwirklicht wurden. Insbesondere bei Flugzeugen mit Strahlantrieb ("Düsenflugzeuge") sind die Tragflächen zum ermöglichen des Überschallfluges oft pfeilförmig nach hinten abgewinkelt. Eine Reihe von Militärflugzeugen, die in der 60er und 70er Jahren konstruiert wurden können durch eine variable Geometrie die Pfeilung ihrer Tragflächen im Flug verstellen (Schwenkflügel), um sie optimal an die jeweilige Geschwindigkeit anzupassen. Ein Forscherteam (Miklosovic/Murray/Howle/Fish) hat am vor kurzem nach dem Vorbild der Vorderflossen des Buckelwals eine Flügelform im Windkanal erprobt die an der Vorderkante gewellt ist. Dadurch konnte gegenüber einem sonst gleichen Flügel mit gerader Vorderkante der Auftrieb um bis zu 8% gesteigert und gleichzeitig der Luftwiderstand um bis zu 32% gesenkt werden. Der Anstellwinkel bei dem es zum Strömungsabriss (Stall) kam lag 40% höher. Der Grund für diese guten Leistungsdaten liegt in der Energieeinleitung in die Strömung durch die gewellte Vorderkante (ähnlich Vortexgeneratoren).

Anordnung

Je nach Höhe der Anbringung der Tragflächen teilt man Flugzeuge in Tiefdecker (die Tragflächen sitzen unter dem Rumpf), Mitteldecker (mittlere Höhe), Schulterdecker (bündig mit der Rumpfoberkante) und Hochdecker (Tragflächen über dem Rumpf) ein. Flugzeuge bei denen das Höhenleitwerk vor dem Flügel angeordnet ist, heissen Enten- oder Canardflugzeuge. Die meisten modernen Flugzeuge besitzen auf jeder Seite des Rumpfs eine Tragflächenhälfte. In den ersten Jahrzehnten der Fliegerei waren Doppeldecker mit jeweils zwei Tragflächen übereinander häufig, vereinzelt wurden sogar Dreidecker gebaut. Heute werden Doppeldecker nur noch für den Kunstflug gebaut. Es gibt auch Flugzeuge mit nur einer Tragfläche, ohne Leitwerk. Solche nennt man Nurflügel oder auch Schwanzlose. Flugzeuge mit zwei oder mehreren hintereinander angeordneten Tragflächen blieben eine Rarität.

Antrieb

Anders als bei den Flügeln der Tiere, die Vortrieb und Auftrieb erzeugen, liefern Tragflächen nur Auftrieb. Der Vortrieb muss von separaten Triebwerken erzeugt werden. Zu Beginn der Fliegerei wurde mit Tragflächen experimentiert, die den Flügelschlag der Vögel nachahmen und dadurch Vortrieb erzeugen sollten. Diese Konstruktionen (Schwingenflugzeuge oder auch Ornithopter) erwiesen sich jedoch für die manntragende Fliegerei als ungeeignet und wurden bisher nur im Modellflug erfolgreich verwirklicht. Die einzige praktikable Lösung einer Kombination von Vor- und Auftrieb in der Tragfläche besteht darin, die Tragflächen um eine vertikale Achse rotieren zu lassen. In diesem Fall spricht man dann aber von einem Rotorblatt (siehe Hubschrauber).

Weitere Funktionen

Tragflächen moderner Flugzeuge erfüllen noch eine Reihe weiterer Funktionen:
- Sie enthalten große Treibstofftanks
- Sie tragen eine Vielzahl von Klappen zur Steuerung, z.B. Querruder, Spoiler, Trimmruder
- Sie verfügen über Auftriebshilfen
- Durch eine elastische Bauweise sind die Tragflächen gleichzeitig die "Federung" des Flugzeugs und fangen vertikale Kräfte durch Luftwirbel ab
- Sie bilden bei vielen Großflugzeugen die Aufhängung für die Triebwerke (meistens in Gondeln darunter)

Siehe auch

- Holm (Flügel)
- Flügelwurzel

Weblinks

- [http://www.erklaert.de/warum/fliegen.htm Auftrieb erklärt (www.erklaert.de)]
- [http://www.quarks.de/fliegen2/02.htm Leider erklärt auch Quarks & Co (WDR) das Prinzip des Auftriebs noch nicht mit der Gegenkraft der nach unten beschleunigten Luft] Kategorie:Aerodynamik ja:翼

Flugzeug

Ein Flugzeug ist ein Luftfahrzeug, das schwerer als Luft ist und das aerodynamischen Auftrieb nutzt. Im Gegensatz zu den Luftfahrzeugen wie Ballonen oder Luftschiffen, die den statischen Auftrieb nutzen, entsteht der Auftrieb bei Flugzeugen entweder erst beim Umströmen des Tragorgans (dynamischer Auftrieb) oder durch Rückstoß. Starrflügelflugzeuge besitzen als Tragorgane Tragflächen im weitesten Sinn, Drehflügelflugzeuge besitzen als Tragorgan einen oder mehrere Rotoren und Schwingenflugzeuge besitzen als Tragorgane Schwingen. Bei Senkrechtstartern beruht der Auftrieb in der Schwebe- und Übergangs- oder Transitionsphase auf dem Reaktivantrieb (Rückstoß).

Grundlegende Bauweisen

Das Prinzip des aerodynamischen Flugs wird durch unterschiedliche Bauweisen verwirklicht:

Starrflügelflugzeuge

Senkrechtstarter Bei Starrflügelflugzeugen wird die Luftströmung über den Tragflächen durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs hervorgerufen. Das heißt allerdings nicht, dass die Flügel ausnahmslos unbeweglich sein müssen. Es gibt Flugzeuge mit Schwenkflügeln (variabler Pfeilung), die der Fluggeschwindigkeit angepasst werden kann, wie beispielsweise das Kampfflugzeug Tornado. Auch sie gehören zu dieser Kategorie. Im weiteren Sinn gehören zu den Flugzeugen, die nach dem Starrflügelprinzig fliegen auch Motorschirme und Gleitschirme sowie deren Vorgänger mit festem Gestell, die Hängegleiter. Die Gleitschirme selbst, im Volksmund ihrer Form wegen "Matratzen" genannt sind eigentlich nichts anderes als vom Fahrtwind aufgeblasene Tragflügel. Nicht lenkbare Fallschirme, insbesondere Bremsfallschirme und Fallbremsen (engl. fall retarder) gehören nicht zu den Flugzeugen. Bodeneffektfahrzeuge komprimieren Luft unter einer Tragfläche und sind damit nichts anderes als extrem tief fliegende Starrflügelflugzeuge. Bild:GENERAL DYNAMICS EF-111A RAVEN.png|Flugzeug mit variabler Pfeilung Bild:Motorschirm.jpg|Motorschirm Bild:Aufgebauter Hängegleiter in Scuol.JPG|Hängegleiter Bild:Ekranoplan A-90 Orljonok.png|Bodeneffektfahrzeug

Drehflügelflugzeuge

Bodeneffektfahrzeuge Bei Drehflügelflugzeugen werden die Tragflächen in Form eines horizontalen Rotors gebaut. Die Luftströmung über den Rotorblättern wird hauptsächlich durch die Drehbewegung des Rotors oder der Rotoren erzeugt.

Hubschrauber

Hubschrauber besitzen einen oder mehrere angetriebene (nahezu) waagrechte Rotoren. Der Auftrieb und der Vortrieb werden durch entsprechende Steuerung der Rotoren verwirklicht. Die Steuerung für den Auftrieb ist die kollektive Rotorblattverstellung, die Steuerung für den Vortrieb (oder auch für den seitlichen oder den Rückwärtsflug) die zyklische Rotorblattverstellung.

Tragschrauber

Beim Tragschrauber, auch "Autogiro" genannt sorgt ein nicht durch ein Triebwerk, sondern durch den Fahrtwind in Autorotation angetriebener Rotor für den Auftrieb. Für den Vortrieb muss ein Zug- oder Schubtriebwerk sorgen. Der Rotor ersetzt den starren Tragflügel des Tragflügelflugzeugs.

Flugschrauber

Flugschrauber erzeugen den Auftrieb über einen durch ein Triebwerk angetrieben Rotor und den Vortrieb über Schub- oder Zugtriebwerke. Da der Rotor nur noch durch den Auftrieb belastet wird, können Flugschrauber etwas höhere Geschwindigkeiten als Hubschrauber erreichen. Bild:Flama.jpg|Hubschrauber Bild:Aurogyro-ELA-07-Casarrubios-Spain.jpg|Tragschrauber Image:Ah-56.jpg|(Kombinations)-Flugschrauber

Hybride aus Dreh- und Starrflügelflugzeug

Flugschrauber]

Verbundhubschrauber

Verbundhubschrauber sind eine Kombination aus Hubschrauber und Starrflügelflugzeug. Sie besitzen einen oder mehrere Rotoren und feste Tragflügel meist in Form von Stummelflügeln die beim Reiseflug einen Teil des Auftriebs übernehmen.

Kombinationsflugschrauber

Kombinationsflugschrauber, auch "Compounds" genannt sind eine Kombination aus Flugschrauber und Starrflügelflugzeug. Beim Senkrechtstart übernimmt der Rotor den Auftrieb, beim Reiseflug übernehmen Schub- oder Zugtriebwerke den Vortrieb, Starrflügel und Rotor(en) den Auftrieb. Der Rotor kann beim Reiseflug auf niedrigen Widerstand eingestellt und vom Triebwerk abgekuppelt werden. Alternativ ist aber auch der Antrieb des Rotors bei Start und Landung durch Blattspitzenantriebe möglich (Beispiel: Fairey Rotodyne). Durch die Entlastung des Rotors lassen sich höhere Geschwindigkeiten als beim Hubschrauber erreichen.

Wandelflugzeug

Wandelflugzeuge, auch Verwandlungsflugzeuge oder auch Verwandlungshubschrauber genannt besitzen während des Senkrechtstarts die Konfiguration eines Hubschraubers. Beim Übergang zum Reiseflug werden sie zum Starrflügelflugzeug um konfiguriert, zum Beispiel durch Kippen des Rotors und Benutzung desselben als Zugtriebwerk (diese Konfiguration nennt sich Kipprotor oder Tiltrotor; Beispiel: Bell-Boeing V-22). Zu den Wandelflugzeugen gehören auch Kippflügel-, Schwenkrotor-, Einziehrotor- und Stopprotorflugzeuge. Wandelflugzeuge kombinieren die Vorteile eines Drehflügelflugzeugs mit denen eines Starrflügelflugzeugs. Die meisten nicht durch Strahltriebwerke angetriebenen Senkrechtstarter (VTOL-Flugzeuge) gehören zu den Wandelflugzeugen. Image:Mil Mi-6 HOOK.png|Verbundhubschrauber Mil Mi-6 Bild:Fairey Rotodyne Model.jpg|Kombinationsflugschrauber Image:X-18 tilting its wing bw.jpg|Wandelflugzeug (Kippflügelflugzeug)

Schwingenflugzeuge (Ornithopter)

Bei Schwingenflugzeugen bewegen sich die Tragflächen wie Vogelflügel auf und ab, sie werden deshalb von manchen Autoren auch als Flatterflügel bezeichnet und erzeugen gleichzeitig Auftrieb sowie Vortrieb. Besonders in der Frühzeit der Luftfahrt wurde versucht, Schwingenflugzeuge zu bauen, aber außer in kleinen Modellen ist dies bis heute noch nicht gelungen, beziehungsweise nicht wirtschaftlich.

Rotorflugzeuge

Luftfahrt Ein Rotorflugzeug besitzt als Tragorgane Flettner-Rotoren, die den Magnus-Effekt nutzen. Momentan haben Rotorflugzeuge keinerlei praktische Bedeutung. Rotorflugzeuge dürfen nicht mit Drehflügelflugzeugen verwechselt werden.

Grenzfall: Luftkissenfahrzeug

Die Grenze zwischen Flugzeug und Landfahrzeug bzw. Schiff ist beim Vollhovercraft erreicht. Das Luftkissenfahrzeug kann als Senkrechtstarter betrachtet werden, der sich nur um die Dicke des Luftkissens vom Boden erheben kann. Anders als das Bodeneffektfahrzeug (Ekranoplan) kann es aber keine Hindernisse überspringen. Ein Hybrid zwischen Luftkissenfahrzeug und Bodeneffektfahrzeug ist das amerikanische Hoverwing (das deutsche Modell gleichen Namens ist ein reines Bodeneffektfahrzeug). Dieses lässt sich wiederum den Starrflügelflugzeugen zuordnen.

Abgrenzung zur Rakete

Anders als das Flugzeug fliegt die Rakete ballistisch, auch wenn sie aerodynamische Steuerflächen haben kann. Diese dienen aber nicht dem Auftrieb. Ein Sonderfall ist der Raumgleiter, der meist im ballistischen Flug startet und im aerodynamischen Flug landet. Er kann als Flugzeug angesehen werden.

Aufbau

Traditionell wird ein Flugzeug in Flugwerk, dem Triebwerk und der Betriebsausrüstung eingeteilt.

Das Flugwerk

Raumgleiter]] Das Flugwerk besteht aus aus dem Tragwerk, dem Rumpf oder der Zelle, dem Leitwerk, dem Steuerwerk, dem Fahrwerk bei Landflugzeugen bzw. dem Schwimmwerk bei Wasserflugzeugen. Bei Senkrechtstartern kann statt dem Fahrwerk oder dem Schwimmwerk ein Kufenlandegestell vorhanden sein.

Tragwerk

Das Tragwerk besteht bei Starrflügelflugzeugen aus Flügel, Vorflügel und Landeklappen, bei Drehflügelflugzeugen aus dem Rotor oder den Rotoren.

Leitwerk

Das Leitwerk besteht bei Starrflügelflugzeugen aus dem Höhenleitwerk mit den Höhenrudern und den Trimmrudern für die Höhenruder, dem Seitenleitwerk mit dem Seitenruder und dem Trimmruder für das Seitenruder und den Querrudern. Bei bestimmten Drehflügelflugzeugen können sich an den Rotorblättern kleine Ruder befinden. Auch einen Heckrotor, ein Fenestron oder eine Steuerdüse am Heckausleger kann als zum Leitwerk gehörend betrachtet werden.

Steuerwerk

Das Steuerwerk oder die Steuerung besteht beim Starrflügelflugzeug aus dem Steuerknüppel oder der Steuersäule mit Steuerhorn oder Handrad, den Seitensteuerpedalen, Gestänge, Seilzügen oder Steuerhydraulik. Die Steuersäule wird bei einigen modernen Flugzeugen durch den Sidestick ersetzt (Fly-by-Wire). Beim Hubschrauber gilt entsprechendes, dieser besitzt allerdings statt dem Steuerknüppel oder der Steuersäule einen Blattverstellhebel für die kollektive Rotorblattverstellung und einen Steuerknüppel für die zyklische Rotorblattverstellung.

Der Antrieb (traditionelle Bezeichnung: Triebwerk)

Fly-by-Wire]] Das Triebwerk eines Flugzeuges umfasst einen oder mehrere Motoren mit Zubehör: den Kolbenmotor, die Gasturbine, das Staustrahltriebwerk oder das Raketentriebwerk, den Propeller, die Gebläsestufe eines Mantelstromtriebwerkes, will man diese als Ableitung des Propellers ansehen oder der Propfan mit oder ohne Mantel als Nachfolger des Propellers, die Kraftstofftanks, die Schmieranlage, die Motorkühlung, Triebwerksträger und Triebwerksverkleidung. Weiteres zu den Antriebsarten siehe Abschnitt Auftrieb und Vortrieb.

Die Betriebsausrüstung

Mantelstromtriebwerk Die Betriebsausrüstung eines Flugzeuges umfasst alle bordseitigen Komponenten eines Flugzeuges, die nicht zu Flugwerk und Triebwerk gehören und die zur sicheren Durchführung eines Fluges erforderlich sind. Sie besteht aus den Komponenten zur Überwachung von Fluglage und Flugzustand und dem Zustand der Triebwerke, zur Navigation, zur Kommunikation, Versorgungssysteme, Warnsysteme, Sicherheitsausrüstung und gegebenenfalls Sonderausrüstung. Der elektronische Teil der Betriebsausrüstung wird auch Avionik genannt. Viele Fachautoren zählen inzwischen das Steuerwerk oder die Steuerung nicht mehr zum Flugwerk, sondern zur Betriebsausrüstung, da bei modernen Flugzeugen die Steuerung von den Sensoren der Betriebsausrüstung und von Bordrechnern wesentlich beeinflusst wird.

Grundlagen: Auftrieb und Vortrieb

Auftrieb

Der Auftrieb wird beim Starrflügelflugzeug und wenn man die Rotoren eines Drehflügelflugzeuges als rotierende Tragflächen betrachtet auf der einen Seite durch die Form des Flügelprofils aber auch durch den Winkel zwischen der anströmenden Luft und der Flügelebene, besser Profilsehne, dem sogenannten Anstellwinkel, (englisch: angle of attack) bestimmt. Durch diesen Winkel wird die Luft nach unten abgelenkt und das Flugzeug nach oben. Avionik Im Horizontalflug mit konstanter Geschwindigkeit ist die Auftriebskraft gleich der Schwerkraft (Gleichgewicht), im Steigflug hingegen überwiegt die Auftriebskraft. Zusätzlich entsteht durch die Reibung der Luft an der Flugzeugaußenhaut ein Widerstand, der durch den Antrieb überwunden werden muss. Bei Starrflügelflugzeugen werden die Tragflügelprofile in der Regel so ausgelegt, dass der Widerstand möglichst klein, aber der Auftrieb möglichst groß ist. Auch der Rumpf leistet einen kleinen Beitrag zum Auftrieb. Bei den Lifting Body genannten Flugzeugen ist der Rumpf aerodynamisch so geformt, dass er den Hauptanteil des Auftriebs übernimmt. Die Steigrate bzw. Sinkrate bekommt der Flugzeugführer über das Variometer angezeigt, die Höhe in Bezug auf die Meereshöhe über den barometrischen Höhenmesser, die Höhe über Grund bei größeren Flugzeugen über den Radarhöhenmesser.

Zusammenhang zwischen Auftrieb, Vortrieb und Luftwiderstand

Um sich vorwärts zu bewegen, muss das Flugzeug mittels des Antriebs Vortrieb erzeugen, um den Widerstand, der die freie Vorwärtsbewegung hemmt, zu überwinden. Der Luftwiderstand eines Flugzeuges ist zum einen vom Formwiderstand, bedingt durch die Reibung der Luft am Körper des Flugzeuges und zum anderen vom Auftrieb abhängig. Der vom Auftrieb abhängige "induzierte" Teil des Luftwiderstands wird in einigen Quellen induzierter Widerstand genannt: Der Höhengewinn eines Flugzeugs ist nur durch Arbeit zu erreichen, die sich in einem zusätzlichen Widerstand gegen den Vortrieb auswirkt. Vereinfacht betrachtet (gültig außerhalb von Grenzbereichen bei Starrflügelflugzeugen) verändert sich der Auftrieb linear mit dem Anstellwinkel der Tragfläche, der Widerstand jedoch nahezu quadratisch. Maßgeblich für die aerodynamische Qualität eines Flugzeugs ist weniger ein günstiger Widerstandsbeiwert (c_W-Wert) wie beim Kraftfahrzeug, sondern das Verhältnis von Widerstand zu Auftrieb, die Gleitzahl. Den Zusammenhang zwischen Widerstand und Auftrieb eines bestimmten Flugzeugs und damit dessen aerodynamische Charakteristik nennt man die Flugzeugpolare, dargestellt im Polardiagramm nach Otto Lilienthal.

Fluggeschwindigkeit und Flugenveloppe

Spricht man über die Fluggeschwindigkeit eines Flugzeuges, so muss man mindestens zwei Werte unterscheiden. Der Flugzeugführer bekommt über seinen Fahrtmesser die Geschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft angezeigt. Diese wird aus aus dem statischen Druck und dem dem Gesamtdruck aus statischem und dynamischem Druck am Staurohr des Fahrtmessers ermittelt. Diese angezeigte Geschwindigkeit (indicated air speed, abgekürzt IAS) ist jedoch von der Kompressibilität der Luft in der Flughöhe abhängig und nicht gleich der wahren Fluggeschwindigkeit (true air speed, abgekürzt TAS). Der mögliche Geschwindigkeitsbereich (TAS) eines Flugzeugs in Abhängigkeit von der Flughöhe wird durch die Flugenveloppe dargestellt. Die Maximalgeschwindigkeit des Flugzeugs ist spätestens beim Flug an dessen mechanischen Festigkeitsgrenzen erreicht und zusätzlich bei Flugzeugen, die bedingt durch die hohe Leistung ihres Antriebs den Bereich der Schallgeschwindigkeit erreichen können, die aber nicht für Überschallflüge konstruiert sind in einem gewissen Abstand zur Schallgeschwindigkeit. Wie schnell ein Flugzeug bezogen auf die Schallgeschwindigkeit fliegt, wird durch die Mach-Zahl dargestellt, wobei die Mach-Zahl 1 die Schallgeschwindigkeit ist. Moderne Verkehrsflugzeuge mit Strahltriebwerk erreichen Geschwindigkeiten (IAS) von Mach 0,8 bis 0,85. Die Minimalgeschwindigkeit wird benötigt, damit die Tragfläche ausreichend Auftrieb erzeugt. Diese Minimale Geschwindigkeit nennt man Überziehgeschwindigkeit. Unter der Überziehgeschwindigkeit erfolgt ein Strömungsabriss (englisch: stall). Die Überziehgeschwindigkeit ändert sich, je nachdem, ob die Hochauftriebshilfen aus- oder eingefahren sind. Beim Drehflügelflugzeug kommen bezüglich der maximalen Fluggeschwindigkeit noch andere Gesichtspunkte hinzu: Die Blattspitzen der nach vorne laufenden Rotorblätter sollen nicht die Schallgeschwindigkeit erreichen, bei den nach hinten laufenden Rotorblättern darf es nicht zum Strömungsabriss durch zu geringe Anstömung kommen. Die bezogen auf die Masse des Drehflügelflugzeugs zu installierende Antriebsleistung steigt außerdem überproportional zur zu erreichenden Geschwindigkeit. Bei Hybriden aus Starrflügelflugzeug und Drehflügelflugzeug entlasten bei höheren Geschwindigkeiten die zusätzlichen Tragflügel den Hauptrotor bzw. die Hauptrotoren, daher können diese Flugzeuge bei gleicher Antriebsleistung schneller fliegen, als reine Drehflügelflugzeuge. Flugzeuge starten und landen gegen den Wind. Dadurch wird die zum Auftrieb beitragende angezeigte Geschwindigkeit größer als die wahre Fluggeschwindigkeit mit der Folge, dass wesentlich kürzere Start- und Landestrecken gebraucht werden als bei Rückenwind.

Arten des Vortriebs

Zur Erzeugung des Vortriebs gibt es verschiedene Möglichkeiten:

ohne Eigenantrieb

Bei Segelflugzeugen, Hängegleitern und Gleitschirmen ist der Vortrieb auch ohne Eigenantrieb gewährleistet, da vorhandene Höhe sehr verlustarm in Geschwindigkeit umgewandelt werden kann. Der Höhengewinn selbst erfolgt durch Aufwinde (z.B. Thermik oder Hang- und Wellenaufwinde).

Propeller in Verbindung mit Muskelkraft

Eine extreme Form des Propellerantriebs stellen sog. Muskelkraftflugzeuge (HPA) dar: Ein Muskelkraftflugzeug wird nur mit Hilfe der Muskelkraft des Piloten angetrieben, unter Ausnutzung der Gleiteigenschaften der Flugzeugkonstruktion.

Propeller in Verbindung mit einem Elektromotor

Ein Propeller kann auch durch einen Elektromotor angetrieben werden. Diese Antriebsart wird vor allem bei Solarflugzeugen und bei Modellflugzeugen verwendet.

Propeller in Verbindung mit Kolbenmotoren

Propeller in Verbindung mit Kolbenmotoren waren bis zur Entwicklung der Turbostrahltriebwerke die übliche Antriebsart. Als praktische Leistungsgrenze für Flugmotoren dieser Art wurden 4000 PS (2940 kW) angesehen, als erreichbare Geschwindigkeit 750 km/h. Heute ist diese Antriebsart für Sportflugzeuge und kleinere ein- bis zweimotorige Flugzeuge üblich. Auf Grund der besonderen Anforderungen an die Sicherheit der Motoren werden spezielle Flugmotoren verwendet.

Vortrieb beim Hubschrauber

Bei Hubschraubern sorgen der Hauptrotor oder die Hauptrotoren durch die zyklische Rotorblattverstellung für den Vortrieb. Angetrieben wird der Hubschrauber von einem Kolbenmotor oder von einer oder zwei Gasturbinen, bei denen die Leistung über die Turbinenwelle abgenommen wird (Wellenleistungstriebwerk).

Turboprop

Propellerturbinentriebwerke kurz Turboprop werden für Kurz- und Mittelstreckenerkehrsflugzeuge, militärische Transportflugzeuge, Seeüberwachungsflugzeuge und ein- oder zweimotorige Geschäftsreiseflugzeuge im Unterschallbereich verwendet. Weiterentwicklungen für die zukünftige Verwendung in Verkehrsflugzeugen und militärischen Transportflugzeugen sind "Unducted Propfan", auch "Unducted Fan" (UDF) genannt und "Shrouded Propfan" (z.B. MTU CRISP).

Turbostrahltriebwerk

Turbostrahltriebwerke (Gasturbinen) werden für moderne schnelle Flugzeuge bis nahe dem Transschallgeschwindigkeitsbereich (transsonischer Geschwindigkeitsbereich) oder auch für Geschwindigkeiten im Transschall- und Überschallbereich eingesetzt. Für Flüge im Bereich der Überschallgeschwindigkeit besitzen Turbostrahltriebwerke zur Leistungserhöhung oft eine Nachverbrennung.

Staustrahltriebwerk

Staustrahltriebwerke wurden historisch in Form des Verpuffungsstrahltriebwerks als Vorgänger der Raketentriebwerke für Marschflugkörper verwendet, heute als ventillose Staustrahltriebwerke für Hyperschallgeschwindigkeiten. Kombinationen aus Turbostrahltriebwerk mit Nachverbrennung und Staustrahltriebwerk werden Turbostaustrahltriebwerk oder Turboramjet genannt.

Raketentriebwerke

Raketentriebwerke werden bisher nur bei Experimentalflugzeugen verwendet.

Booster

Um den Vortrieb und besonders den Auftrieb beim Start von STOL-Flugzeugen zu erhöhen, wurden zeitweise auch Booster in Form von Strahltriebwerken (Beispiel: Varianten der Fairchild C-123) oder gar Dampfraketen eingesetzt.

Steuerung

Steuerung Neben dem Antrieb ist auch eine Steuerung um alle 3 Raumachsen notwendig. Sie erfolgt beim Starrflügelflugzeug durch Ruder und Klappen, Strahlklappen genannte Schlitzdüsen, das Verstellen von Schubvektoren, Verwindung der Tragflügel und Leitwerke oder Gewichtsverlagerung, beim Hubschrauber durch die Rotorblattverstellung und die Steuerung eines eventuell vorhandenen Heckrotors oder Fenestrons oder einer Düse am Heckausleger, bei allen anderen Flugzeugen können alle Steuerungsmöglichkeiten zum Einsatz kommen. Beim Senkrechtstarter kommen als weitere Steuerungsmöglichkeiten insbesondere im Schwebe- und Transitionsflug das Kippen bzw. Schwenken von Rotoren, Strahltriebwerken hinzu. Die Steuerung von Starrflügelflugzeugen sei am Beispiel der Steuerung über Ruder dargestellt:
- Das Höhenruder dient der Drehung um die Querachse, Nicken oder Kippen genannt.
- Das Seitenruder dient der Drehung um die Hochachse (vertikale Achse), Wenden oder Gieren genannt.
- Das Querruder dient der Drehung um die Längsachse, dem Rollen. Querruder Das Flugzeug kann simultan um eine oder mehrere dieser Achsen drehen. Das Höhenruder ist in der Regel hinten angebracht, ebenso das Seitenruder. Querruder befinden sich an der Tragflächenhinterkante. Abweichend davon kann die Höhensteuerung auch vorne platziert sein (Canard). Querruder können durch gegenläufigen Ausschlag der Höhenruder ersetzt werden. Höhen- und Seitenruder können auch kombiniert werden wie beim V-Leitwerk. Neben den oben genannten Rudern gibt es noch so genannte Trimmruder, die nur zur Stabilisierung der Flugzeuglage dienen. Bei modernen Flugzeugen übernimmt der Autopilot die Kontrolle der Trimmruder. Die Hochauftriebshilfen werden beim Starten/Steigflug und zum Landeanflug benutzt. An der Hinterkante der Flügel befinden sich die Hinterkantenauftriebshilfen oder Endklappen (flaps), die im Gegensatz zu den Rudern immer synchron an beiden Tragflügeln verwendet werden. Größere Flugzeuge und STOL-Flugzeuge haben meist auch noch Nasenauftriebshilfen in Form von Vorflügeln (Slats), Krügerklappen oder Nasenklappen (Kippnasen) die analog zu den Landeklappen an der hinteren Tragflächenkante, an der vorderen Tragflächenkante ausfahren. Durch die Klappen kann die Wölbung des Tragflügelprofils so verändert werden, dass auch beim langsamen Landeanflug/Steigflug der Auftrieb erhalten bleibt. Für die begrenzung der Geschwindigkeit im Sinkflug werden auf den Tragflächen angebrachte sogenannten Brems-/Störklappen, "Spoiler" genannt, verwendet. Im ausgefahrenen Zustand vermindern sie den Auftrieb an den Tragflächen (Strömungsablösung). Durch den verringerten Auftrieb ist ein steilerer Landeanflug möglich. Spoiler werden auch zur Unterstützung oder, in bestimmten Flugbereichen, als Ersatz für Querruder verwendet. Nach der Landung werden sie voll ausgefahren und so der Auftrieb bewusst zerstört. Dies geschieht meist durch einen Automatismus, der unter anderem durch das Einfedern des Hauptfahrwerks bei der Landung eingeleitet wird. Es gibt auch Steuerflächen mit mehrfachen Funktionen:
- Flaperons: Arbeiten sowohl als Klappen als auch als Querruder
- Elevons: Arbeiten sowohl als Höhenruder als auch als Querruder, besonders beim Nurflügel Neben der konventionellen Anordnung der Steuerflächen existieren auch Sonderformen:
- Das Entenflugzeug hat das Höhenruder vorne, beispielsweise Gyroflug SC01 Speed-Canard
- Der Nurflügel hat kein separates Höhenruder, beispielsweise der Northrop B-2 Bomber Seine Lage im Raum erkennt der Flugzeugführer entweder durch Beobachtung der Einzelheiten des überflogenen Gebiets und des Horizonts, oder durch Anzeigeinstrumente (Flugnavigation). Bei schlechter Sicht dient der künstliche Horizont der Anzeige der Fluglage in Bezug auf die Nickachse, also Anstellwinkel des Flugzeugrumpfes und die Rollachse, die sogenannte Querlage (Banklage). Die Himmelrichtung, in die das Flugzeug fliegt zeigt der magnetische Kompass und der Kreiselkompass, auch Kurskreisel (nach der englischen Bezeichnung "directional gyro") genannt. Magnetischer Kompass und Kurskreisel ergänzen sich gegenseitig, da der Magnetkompass bei Sink-, Steig- und Kurvenflügen zu Dreh- und Beschleunigungsfehlern neigt, der Kurskreisel jedoch nicht. Der Kurskreisel hat jedoch keine eigene "nordsuchende" Eigenschaft und muss mindestens vor dem Start (in der Praxis auch in regelmäßigen Abständen beim Geradeausflug) mit dem Magnetkompass kalibriert werden. Der Wendezeiger dient zur Anzeige der Drehrichtung und zur Messung der Drehgeschwindigkeit des Flugzeugs um die Hochachse (engl. rate of turn). Er enthält meistens die Kugellibelle, die anzeigt, wie koordiniert eine Kurve geflogen wird.

Weitere Klassifizierungen

Neben der nahe liegenden Klassifizierung nach der Bauweise oder der Antriebsart haben sich weitere Klassifizierungen etabliert.

Zivile oder militärische Nutzung

Zivilflugzeuge dienen der zivilen Luftfahrt, dazu gehört die allgemeine Luftfahrt und der Linien- und Charterverkehr durch die Fluggesellschaften (Airlines). Militär-Flugzeuge sind Flugzeuge, die der militärischen Nutzung unterliegen. Ganz sauber ist die Grenze jedoch nicht immer zu ziehen. Viele Flugzeuge erfahren sowohl militärische, als auch zivile Verwendung.

Verwendungszweck

Zivilflugzeuge werden hauptsächlich nach folgendem Schema klassifiziert: Die ersten Flugzeuge waren Experimentalflugzeuge. Experimentalflugzeuge, auch Versuchflugzeuge genannt, dienen dem Erforschen von Techniken oder dem Testen von Forschungserkenntnissen im Bereich der Luftfahrt. Sehr früh in der Geschichte des Flugzeugs entstanden auch die Sportflugzeuge. Ein Sportflugzeug ist ein Leichtflugzeug zur Ausübung einer sportlichen Tätigkeit, entweder zur Erholung oder bei einem sportlichen Wettkampf. Noch vor dem ersten Weltkrieg kam es zur Erprobung und zum Bau des Passagierflugzeugs. Passagierflugzeuge dienen dem zivilen Personentransport. Heute werden kleinere Passagierflugzeuge auch als Geschäftsreiseflugzeuge bezeichnet. Ein Frachtflugzeug ist ein Flugzeug zum Transport von (kommerzieller) Fracht. Sitze sind daher nur für die Mannschaft eingebaut, meist enthalten sie heute ein Transportsystem für Paletten und Flugzeugcontainer. Eine Unterkategorie des Frachtflugzeugs ist das Postflugzeug. Frühe Postflugzeuge konnten auch dem Transport einzelner Personen dienen. Für den Bereich der Land- und Forstwirtschaft werden spezielle Flugzeuge verwendet, die Dünger, bodenverbessernde Stoffe und Pflanzenschutzmittel in Behältern mitführen können und über Sprühdüsen, Streuteller oder ähnliche Einrichtungen verbreiten können. Sie werden allgemein als Agrarflugzeuge bezeichnet. Feuerlöschflugzeuge, auch "Wasserbomber" genannt sind Flugzeuge, die Wasser und Löschadditive in ein- oder angebauten Tanks mitführen und über Schadfeuern abwerfen können. Es gibt unter dem Begriff Sanitätsflugzeug (amtlich "Luftrettungsmittel" genannt) verschiedene unterschiedliche Kategorien wie Rettungshubschrauber, Intensivtransporthubschrauber, Notartzteinsatzhubschrauber oder Flugzeuge zur Rückholung von Patienten aus dem Ausland. Unter den Überbegriff Search and Rescue (SAR) fallen Flugzeuge, die zum Suchen und Retten von Unfallopfern verwendet werden. Es gibt zahlreiche Sonderbauformen wie z.B. Forschungsflugzeuge mit spezieller Ausrüstung (spezielles Radar, Fotokameras, sonstige Sensoren). Image:North American X-15.jpg|Experimentalflugzeug Image:Skymaxx.jpg|Sportflugzeug: Ultraleichtflugzeug Sky-Arrow Image:US Immigration and Customs Enforcement aircraft.jpg|Passagierflugzeug - Geschäftsreiseflugzeug Pilatus PC-12 Image:Airbus beluga beladung.jpg|Frachtflugzeug Airbus A300-600ST Beluga Image:B-757 Frachter, DHL.jpg|Postflugzeug Image:CRESCO TOP DRESSING.JPG|Agrarflugzeug: PAC Cresco streut Kunstdünger Image:PBY Catalina airtanker.jpg|Feuerlöschflugzeug Image:King Air 200 air ambulance.JPG|Sanitätsflugzeug: Inneres eines Ambulanzflugzeugs Militärflugzeuge werden nach folgenden Kriterien unterschieden: Ein Jagdflugzeug ist ein in erster Linie zur Bekämpfung anderer Flugzeuge eingesetztes Militärflugzeug. Ein Bomber ist ein militärisches Flugzeug, das dazu dient, Bodenziele mit Fliegerbomben, Luft-Boden-Raketen und Marschflugkörpern anzugreifen. Ein Verbindungsflugzeug ist ein kleines Militärflugzeug, mit dem in der Regel Kommandeure transportiert werden. Es kann außerdem der Gefechtsfeldaufklärung dienen (heute nur noch bei Truppenübungen), als kleineres Ambulanzflugzeug dienen oder für Botendienste eingesetzt werden. Heute werden als Verbindungsflugzeug meistens leichte Hubschrauber eingesetzt. Luftbetankung bezeichnet die Übergabe von Treibstoff von einem Flugzeug zu einem anderen während des Fluges. Üblicherweise ist das Flugzeug, das den Treibstoff zur Verfügung stellt, ein speziell für diese Aufgabe entwickeltes Tankflugzeug. Ein Trainer ist ein Flugzeug, das zur Ausbildung von Piloten benutzt wird. Transportflugzeuge sind besondere Frachtflugzeuge, die für den militärischen Lastentransport entwickelt werden. Sie müssen robust, zuverlässig, variabel für den Personen-, Material- oder Frachttransport geeignet sowie schnell ein- und ausladbar sein. Transportiert werden können, auch in Kombination, zum Beispiel Hilfsgüter, Fallschirmspringer, Fahrzeuge, Panzer, Truppen oder Ausrüstung. Ein Aufklärungsflugzeug ist ein Militärflugzeug, das für die Aufgabe konstruiert, umgebaut oder ausgerüstet ist, Informationen für die militärische Aufklärung zu beschaffen. Manchmal werden Aufklärungsflugzeuge auch als Spionageflugzeuge bezeichnet. Ein Erdkampfflugzeug ist ein militärischer Flugzeugtyp, der besonders für die Bekämpfung von Bodenzielen vorgesehen ist. Dieser Typus stellt eine eigene Flugzeugart dar, die ganz spezifische taktische Aufgaben erfüllen soll. Da die Angriffe in niedrigen bis mittleren Flughöhen stattfinden und mit starkem Abwehrfeuer zu rechnen ist, werden besondere Schutzmaßnahmen ergriffen, wie Panzerung der Kabine und Triebwerke gegen Bodenfeuer. Transportflugzeuge, die mit seitlich ausgerichteten Maschinenwaffen oder gar Rohrartillerie ausgerüstet sind, nennen sich Gunship. Drehflügelflugzeuge als Erdkampfflugzeuge werden als "Kampfhubschrauber" bezeichnet. Bild:Mikoyan mig29..jpg|Jagdflugzeug: Mikojan-Gurewitsch MiG-29 Bild:Boeing B-52 dropping bombs.jpg|Bomber: Boeing B-52 Bild:Alouette ag1.JPG|Verbindungsflugzeug: Alouette III der Schweizer Armee Bild:Usaf.f15.f16.kc135.750pix.jpg|Tankflugzeug: KC-135R Stratotanker, zwei F-15s (Doppelleitwerke) und zwei F-16s, auf einer Luftbetankungs-Trainingsmission Bild:PC7.JPG|Trainer: Pilatus PC-7 der schweizerischen Luftwaffe Bild:C-160 Transall.jpg|Transportflugzeug: Transall C-160D Bild:Lockheed SR-71 Blackbird.jpg|Aufklärungsflugzeug: Lockheed SR-71B Blackbird Bild:AH-64 dsc04577.jpg|Erdkampfflugzeug/Kampfhubschrauber: AH-64 Apache Longbow

Struktur des Flugzeugs

Flugzeuge, die starre Tragflügel besitzen werden häufig auch nach der Anzahl und Lage der Tragflügel zum Rumpf kategorisiert. Ein Eindecker ist ein Flugzeug mit einer Tragfläche bzw. einem Paar Tragflügeln. Eindecker werden wiederum unterteilt in
- Tiefdecker, bei denen die Unterseite der Tragfläche mit der Unterseite des Rumpfes abschließt;
- Mitteldecker, bei denen die Tragfläche in der Mitte der Rumpfseiten angeordnet ist;
- Schulterdecker, bei denen die Tragflächen auf oder in der Oberseite des Rumpfes angeordnet sind;
- Hochdecker, bei denen die Tragfläche über der Oberseite des Rumpfes verstrebt angeordnet sind. Image:Beechcraft KING AIR.png|Tiefdecker Image:McDONNELL DOUGLAS F-A-18 HORNET.png|Mitteldecker Image:Boeing B-52 STRATOFORTRESS.png|Schulterdecker Image:Cessna O-1 BIRD DOG.png|Hochdecker Doppeldecker ist die Bezeichnung für ein Flugzeug, das zwei vertikal gestaffelt angeordnete Tragflächen besitzt. Eine Sonderform des Doppeldeckers ist der "Anderthalbdecker". Um die Zeit des ersten Weltkriegs gab es auch Dreidecker. Doppelrumpfflugzeuge besitzen zwei Rümpfe. Das Cockpit ist in der Regel an der Tragfläche zwischen den Rümpfen angebracht. Asymmetrische Flugzeuge sind ein sehr seltener Flugzeugtyp, das bekannsteste Exemplar ist die Blohm & Voss BV 141 von 1938. Hier ist die Flugzeugkanzel auf der Tragfläche, während der Propeller und Motor den Rumpf alleine besetzen. Die Tragflächen sind asymmetrisch ausgebildet. Als Canard oder Entenflugzeug bezeichnet wird ein Flugzeug bezeichnet, bei dem das Höhenleitwerk nicht konventionell am hinteren Ende des Flugzeugs montiert ist, sondern vor der Tragfläche an der Flugzeugnase. Ein Nurflügel ist ein Flugzeug ohne ein separates Höhenruder, bei dem es keine Differenzierung zwischen Tragflächen und Rumpf gibt. Sonderformen der Nurflügelflugzeuge Deltaflugzeuge sowie Hängegleiter, mit oder ohne Motor. Bildet der Rumpf selbst den Auftriebskörper und hat dieser nicht mehr die typischen Dimensionen eines Tragflügels, wird er als "Lifting Body" bezeichnet. Image:Pitts-S1S-in-flight.jpg|Doppeldecker Image:Kocherigin DI-6.JPG|Anderthalbdecker Image:P-38 2.jpg|Doppelrumpfflugzeug mit Cockpit zwischen den Rümpfen Image:P-82 Twin Mustang.jpg|Doppelrumpfflugzeug mit Cockpit in den Rümpfen Image:Blohm und Voss Bv141 rear.jpg|Asymmetrisches Flugzeug: Blohm & Voss BV 141 Image:Gyroflug SC01 Speed-Canard Niederrhein vr.jpg|Canard: Gyroflug SC01 Image:XB-35.jpg|Nurflügel: Northrop B-35 Image:3 lifting bodys.jpg|Lifting Bodys Ein Wasserflugzeug ist ein Flugzeug, das für Start und Landung auf Wasserflächen konstruiert ist. Es hat meist unter jeder der beiden Tragflächen einen leichten, bootartigen Schwimmer. Bei Flugbooten ist der gesamte Rumpf schwimmfähig. Wasserflugzeuge und Flugboote können nur vom Wasser aus starten oder im Wasser landen. Sind diese Flugzeuge mit (meist einziehbaren) Fahrwerken versehen, mit denen sie auch vom Land aus starten und auf dem Land landen können, werden sie Amphibienflugzeuge genannt. Bild:Wasserflugzeug 01 KMJ.jpg|Wasserflugzeug Bild:Martin model 130 China Clipper class passenger-carrying flying.jpg|Flugboot Image:DWCL215.jpg|Amphibienflugzeug

Start- und Landeeigenschaften

Starrflügelflugzeuge und einige Typen der Drehflügelflugzeuge benötigen eine mehr oder weniger präparierte Start- und Landebahn einer gewissen Länge. Die Ansprüche reichen von einem ebenen Rasen ohne Hindernisse bis zur geteerten oder betonierten Piste. Historisch wurde die geteerte Piste nach dem damals verwendeten Verfahren "Tarmac" genannt. Flugzeuge die mit besonders kurzen Start- und Landebahnen auskommen werden als Kurzstartflugzeug oder STOL-Flugzeuge typisiert. Flugzeuge die senkrecht starten und landen können sind Senkrechtstarter oder VTOL-Flugzeuge. Sie benötigen gar keine Start- und Landebahn, sondern nur einen Untergrund ausreichender Größe, der ihr Gewicht tragen kann, und auf dem der Abwind, der durch das VTOL-Flugzeug erzeugt wird (engl. downwash), nicht allzu viel Schaden anrichtet, z.B. ein Helipad. VTOL-Flugzeuge, die auf dem Boden senkrecht nach oben stehend starten und landen, sind Heckstarter. Bild:Do-27.JPG|STOL-Flugzeug Dornier Do-27 Image:X-22a onground bw.jpg|Senkrechtstarter X-22a Bild:Lockheed XFV-1 on ground bw.jpg|Heckstarter Lockheed XFV-1

Unbemannte Flugzeuge

Heckstarter] Im zivilen Bereich sind unbemannte Flugzeuge meistens als Modellflugzeug gebräuchlich. Sie werden meistens über Funkfernsteuerungen gesteuert, sehr selten über Programmsteuerungen. Häufiger sind bei Modellen von Drehflügelflugzeugen die Kombination von Funkfernsteuerung und Programmsteuerung, in die beispielsweise eine Kreiselstabilisierung eingreift. Als unbemannte Flugzeuge ziviler Nutzung im weitesten Sinn können auch Zugdrachen angesehen werden. Unbemannte Flugzeuge zum Gebrauch im militärischen und behördlichen Bereich werden Drohnen genannt. Das Spektrum reicht hier von Modellflugzeugen zur Zieldarstellung für Flugabwehrkanonen über unbemannte Aufklärungsflugzeuge bis hin zu unbemannten bewaffneten Kampfflugzeugen (Kampfdrohnen). Die Steuerung erfolgt über Funkfernsteuerung oder Programmsteuerung. Während Drohnen in der Regel wiederverwendbar sind, werden unbemannte Flugzeuge mit Sprengkopf, die im Ziel explodieren als Marschflugkörper bezeichnet.

Geschichte

Vorbilder aus der Natur

Marschflugkörper Die ersten "Flieger" stammen aus der Natur, sind Geschöpf oder ein Produkt der Evolution, je nach Weltanschauung. Vögel und Insekten sind jedoch so perfekte Konstruktionen, dass sie bis heute nicht nach gebaut werden können. Es ist bis heute noch keinem Menschen gelungen, sich mit einem Ornithopter in die Lüfte zu erheben, geschweige denn in einem Flugzeug, das die Flugeigenschaften einer Libelle hat. Gleichwohl darf wohl der Gleitflug der Vögel als Vorbild für den Gleitflug der Starrflügelflugzeuge angesehen werden. Anders sieht es bei den Drehflügelflugzeugen aus. Der Same des Ahornbaums wurde wohl nie als Vorbild für das Drehflügelflugzeug angesehen, obwohl er ein natürlicher Tragschrauber ist. Er fällt ja nur zur Erde. Dies führt zu einer weiteren Frage im Zusammenhang mit Flugzeugen: Was macht denn eigentlich die Faszination am Fliegen aus? Die Antwort geben viele Allegorien, schon vor der Sage von Ikaros und Daidalos: Flügel haben bedeutet nahezu unbegrenzte Freiheit.

Altes und Sagenhaftes

Allegorie Im vierten Jahrhundert v. Chr. spielen chinesische Kinder bereits mit einem Spielzeug, das als erstes bekanntes Modell zum Hubschrauber (Drehflügelflugzeug) angesehen werden kann. Der chinesische Kreisel bestand aus einem runden Stab, in den kreuzförmig leicht angestellt Vogelfedern eingesteckt waren. Durch Drehung des Rundstabs zwischen beiden Handflächen erzeugen die Federn schließlich genug Auftrieb, um den Kreisel in die Luft steigen zu lassen. Um die Zeitenwende dokumentierte der römische Dichter Publius Ovidius Naso in seinem Werk Metamorphosen die griechische Sage von Daidalos und Ikaros, die mit selbstgebauten Schwingen die Flucht von Kreta nach Sizilien versuchten. In der Zeit der Renaissance entwarf Leonardo da Vinci verschiedene Flugzeuge, darunter auch den ersten "Helicopter". Keines der Modelle wäre flugtauglich gewesen. Da Vincis Entwürfe wurden erst Ende des 19. Jahrhunderts wiederentdeckt und hatten wohl keinen Einfluss auf die Entwicklung der ersten Flugzeuge.

Vom Schritt zum Sprung, vom Sprung zum Flug

1810 bis 1811 konstruiert Albrecht Ludwig Berblinger, der berühmte Schneider von Ulm seinen ersten flugfähigen Gleiter, führt ihn jedoch der Öffentlichkeit über der Donau unter ungünstigen Verhältnissen (Abwind) vor und stürzt unter dem Spott der Leute in den Fluss. Das sein Flugzeug flugfähig war, wurde 1986 nachgewiesen. Der englische Gelehrte Sir George Cayley (1773 bis 1857) untersuchte und beschrieb als erster in grundlegender Weise die Probleme des aerodynamischen Flugs. Er löste sich vom Schwingenflug und veröffentlicht 1809 bis 1810 einen Vorschlag für ein Fluggerät mit "angestellter Fläche und einem Vortriebsmechanismus". Er beschreibt damit als erster das Prinzip des modernen Starrflügelflugzeugs. Im Jahr 1849 baut er einen bemannten Dreidecker, der eine kurze Strecke fliegt. 1784 bauen die Franzosen Launoy und Biénvenue einen frühen flugfähigen Modellhubschrauber mit Doppelrotor. Sir George Cayley modifiziert das Modell 1796. Dies sind die ersten bekannten zugegebenermaßen primitiven flugfähigen Modellhubschrauber mit gegenläufig koaxialen Rotoren. Sie wurden mit einem Drillbogen angetrieben, eine Steuerung war nicht vorgesehen. 1842 baut der Engländer W. H. Phillips den ersten flugfähigen Modellhubschrauber mit Blattspitzenantrieb. 1874 entwerfen Fritz und Wilhelm Achenbach den ersten einrotorigen Hubschrauber mit Heckrotor zum Drehmomentausgleich. Es gibt aber kein flugfähiges Modell. 1874 Der Flugpionier Otto Lilienthal (1848 - 1896) führte erfolgreiche Gleitflüge nach dem Prinzip "schwerer als Luft" durch und unterschied sich von zahlreichen Vorläufern dadurch, dass er nicht einen einzigen Flug versuchte, sondern nach ausführlichen theoretischen und praktischen Vorarbeiten deutlich über 1.000mal gesegelt ist. Die aerodynamische Formgebung seiner Tragflügel erprobte er auf seinem "Rundlaufapparat", von der Funktion her ein Vorgänger der modernen Windkanäle. Einen der ersten gesteuerten Motorflüge soll der deutsch-amerikanische Flugpionier Gustav Weißkopf im Jahr 1901 über eine Strecke von einer halben Meile zurückgelegt haben. Leider gab es hierzu außer Zeugenaussagen keinen fotografischen Beweis. Gustav Weißkopf Die herausragende Leistung der Gebrüder Wright bestand darin, als erste ein Flugzeug gebaut zu haben, mit dem ein erfolgreicher, andauernder, gesteuerter Motorflug möglich war, und diesen Motorflug am 17. Dezember 1903 auch durchgeführt zu haben. Darüber hinaus haben sie ihre Flüge genaustens dokumentiert und innerhalb kurzer Zeit in weiteren Flügen die Tauglichkeit ihres Flugzeuges zweifelsfrei bewiesen. Von herausragender Bedeutung ist, dass Orville Wright bereits 1904 mit dem Wright Flyer einen gesteuerten Vollkreis fliegen konnte. Am Rand sei bemerkt, dass der Wright Flyer ein "Canard" war, sich also die Höhensteuerung vor dem Haupttragwerk befand. Einen faden Beigeschmack hat die Geschichte dennoch: Samuel Pierpont Langley, ein Sekretär des Smithsonian-Instituts versuchte einige Wochen vor dem Wright-Flug sein "Aerodrome" zum Fliegen zu bringen. Obwohl sein Versuch scheiterte, prahlte das Smithsonian lange damit, die Aerodrome wäre die erste "flugtaugliche Maschine". Der Wright Flyer wurde dem Smithsonian Institut mit der Auflage gestiftet, dass das Institut keinen früheren motorisierten Flug anerkennen dürfe. Diese Auflage wurde von den Stiftern formuliert, um die frühere Darstellung des Instituts, Langley hätte mit der Aerodrome den ersten erfolgreichen Motorflug durchgeführt, zu unterbinden. Trotzdem führte diese Auflage immer wieder zu der Vermutung, dass es vor den Wright Flyern erfolgreiche Versuche zum Motorflug gegeben habe, deren Anerkennung aber im Zusammenhang mit der Stiftungsauflage unterdrückt worden sei. Die Tatsachen bezüglich des ersten erfolgreichen Motorflugs liegen also teilweise im Dunklen. Der erste Motorflieger Europas war wohl der in Paris lebende Brasilianer Alberto Santos-Dumont. Am 12. November 1906 flog er mit der 14-bis den ersten öffentlichen und offiziellen Motorflug ohne Katapultsystem und ohne Gegenwind. Alberto Santos-Dumont gewann das Preisgeld von 1.500 Franc für den ersten Motorflug der Welt über 100 Meter. Seine 1907 bis 1909 gebauten Eindecker (5 Meter Spannweite) waren Vorläufer des Leichtflugzeuges. Im September des Jahres 1909 entwarf und flog Alberto Santos-Dumont die Demoiselle, das erste Leichtbau-Sportflugzeut der Welt. Er flog im gleichen Monat einen Geschwindigkeitsrekord von 55,8 mph (18 km in 16 Minuten). Das Flugmodell wurde in den USA und in Europa mehrfach kopiert. Die ersten Motorflugzeuge waren meistens Doppeldecker. Versuchsweise wurden auch mehr als drei Tragflächen übereinander angeordnet. Eine solche Mehrdeckerkonstruktion stammte von dem Engländer Horatio Frederick Phillips. Mit dem Fünfzigdecker "Horatio Phillips No. 2" gelang ihm im Sommer 1907 der erste Motorflug in England. 1907 Im Jahr 1909 setzte Europa weitere praktische Meilensteine in der Geschichte des Flugzeugs. Am 25. Juli 1909 überquerte Louis Blériot mit seinem Eindecker Blériot XI als erster mit einem Flugzeug den Ärmelkanal. Sein Flug von Calais nach Dover dauerte 37 Minuten bei einer durchschnittlichen Flughöhe von 100 Metern. Blériot konnte somit den von der englischen Zeitung Daily Mail für die erste Kanalüberquerung ausgelobten Geldpreis entgegen nehmen. Mit der Blériot XI wurde ihr Konstrukteur "Vater der modernen Eindecker". Der Erfolg der Maschine machte ihn zum ersten kommerziellen Flugzeughersteller. Auch die von dem österreichischen Flugpionier Igo Etrich im Jahr 1909 entwickelte Etrich Taube war eines der ersten in größerer Stückzahl gebauten Motorflugzeuge. Sie hatte bis in den ersten Weltkrieg hinein auch Bedeutung als Militärflugzeug. Vom 22. bis zum 29. August 1909 fand die "Grande Semaine d'Aviation de la Champangne" bei Reims statt, der mehrere Rekorde bescherte: Henri Farman flog eine Strecke von 180 Kilometern in 3 Stunden. Blériot flog die höchste Fluggeschwindigkeit über die 10 Kilometer-Strecke mit 76,95 km/h. Hubert Latham erreichte auf einer "Antoinette" des Flugzeugkonstrukteurs Levasseur mit 155 m die größte Flughöhe. Hubert Latham Ende 1907 wurde die spätere Aerodynamische Versuchsanstalt Göttingen (AVA) ins Leben gerufen. Sie beschäftigte sich in ihren Gründungsjahren noch mit der Entwicklung der "besten" Luftschiffform, ihr damaliger Leiter Ludwig Prandtl wurde allerdings mit der Erforschung der wissenschaftlichen Grundlagen zur Grenzschichttheorie und zur Theorie des Tragflügels weltweit zum "Vater der Aerodynamik". 1907 bauen Louis und Jaques Bréguet unter der Mitwirkung von Charles Richet den Quadrocopter "Bréguet-Richet Nr. 1". Der Hubschrauber hebt mit einer Person ca. 1,5 m vom Boden ab. Die Flugeigenschaften sind allerdings so instabil, dass die Maschine von vier Mann an den Auslegern gesichert werden muss. Der erste Hubschrauberflug war also ein Fesselflug. Der erste Verbundhubschrauber war 1908 der "Bréguet-Richet Nr. 2". Er erreichte eine Flughöhe von ca. 4,5 m und eine Flugstrecke von ca. 20 m. Zu wirklich brauchbaren Hubschrauberkonstruktionen kam es erst in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts. Über alle diese Jahre wurden schon Konstruktionsmerkmale weiterentwickelt, die auch heute noch Bedeutung haben wie Tandemrotor, koaxiale Rotoranordnung oder Heckrotor zum Ausgleich des Drehmoments. 1907 stellt das Drägerwerk sein erstes Konstantdosierhöhenatemgerät her. Diese Geräte bekommen für Flugzeuge aber erst später Bedeutung, bisher erreichen nur Ballonfahrer Höhen, bei denen die Höhenkrankheit auftritt. Irgendwann zwischen 1909 und 1911 begann der sportliche Segelflug. Im Jahr 1910 wird über erste Flüge mit Hängegleitern durch Ingenieursstudenten berichtet. 1911 gab es die Flüge mit Gleitern auf der Wasserkuppe. Der Luftsport war geboren. 1910 gelingt dem französischen Ingenieur Henri Fabre mit dem von ihm konstruierten Canard Hydravion der erste Flug mit einem Wasserflugzeug. 1912 erfindet Louis Béchereau die Monocoque-Bauweise für Flugzeuge. Die Rümpfe anderer Flugzeuge bestanden aus einem mit lackiertem Stoff überzogenen Gerüst. Das von Béchereau entworfene Deperdussin Monocoque-Rennflugzeug besaß jedoch einen Stromlinienrumpf aus einer Holzschale ohne innerem Gerüst. Neu war auch die "DEP"-Steuerung, bei der auf dem Steuerknüppel für die Nickbewegung ein Steuerrad für die Rollbewegung saß, ein Prinzip, das heute noch vielfach Verwendung findet. Als Triebwerk besaß das Flugzeug einen speziellen Flugzeugmotor, den Gnôme-Umlaufmotor. Die Deperdussin Monocoques waren die schnellsten Flugzeuge ihrer Zeit. Gnôme-Umlaufmotor] Ein wesentlicher technischer Durchbruch gelingt kurz vor dem ersten Weltkrieg dem russischen Konstrukteur und Pilot Igor Iwanowitsch Sikorski, der später eher als Hersteller von Flugbooten und Konstrukteur von Hubschraubern in den USA bekannt wird. 1913 bis 1914 beweist er mit den ersten von ihm konstruierten "Großflugzeugen", dem zweimotorigen Grand Baltiski, dem viermotorigen Le Grande und dessen Nachfolger, dem viermotorigen Ilja Muromez, dass solche großen Flugzeuge sicher und stabil fliegen können, selbst wenn ein oder zwei Motoren abgestellt sind oder ausfallen. Diese Flugzeuge waren ursprünglich als komfortable Passagierflugzeuge konstruiert und begründen diese Ära. Später werden die Ilja Muromez leider zu zugegebenermaßen erfolgreichen Bombern umgebaut.

Der erste Weltkrieg

Ilja Muromez Während des Ersten Weltkrieges verlor der Traum vom Fliegen seine Unschuld. Zuerst wurden die Flugzeuge als Beobachtungsflugzeuge eingesetzt. Das Flugzeug wurde als Waffe verbessert und die Grundlagen des Luftkrieges entwickelt. Bordmaschinengewehre wurden mit dem Flugzeugantrieb mit Hilfe eines Unterbrechergetriebes synchronisiert, damit man mit der Waffe durch den eigenen Propellerkreis auf den Gegner schießen konnte. Damit waren brauchbare Jagdflugzeuge erfunden. Aus den Flugzeugen wurden Granaten, Flechettes und später erste spezielle Spreng- und Brandbomben, zunächst auf die feindlichen Linien und später auch auf feindliche Fabriken und Städte abgeworfen. Hier entwickelte sich bereits eine unter beiden Kriegsparteien eine Doktrin, die bis heute viel Leid verursacht (Zitat: Kriegsrat der Alliierten in Versailles im Herbst 1918): „Das beste Mittel ist, die industriellen Zentren zu bombardieren, wo man: a) militärische und vitale Schäden durch Zerstörung der Versorgungszentren für Kriegsmaterial erreicht und b) den maximalen Effekt auf die Moral durch Zerstörung des empfindlichsten Teils der Bevölkerung, nämlich der Arbeiterklasse erreicht.“ Während des ersten Weltkrieges wurde eine Flugzeugindustrie aus dem Boden gestampft, die ersten Flugplätze entstanden, die Technik des Flugfunks wurde entwickelt, Flugzeugmotoren wurden immer leistungsfähiger. Viele der im Luftkamp

Auftrieb

Als Auftrieb bezeichnet man eine Kraft, die eine Flüssigkeit oder ein Gas auf einen Körper (oder auf ein Gasvolumen) ausübt. Man unterscheidet den entgegen der Schwerkraft wirkenden statischen Auftrieb vom rechtwinklig zur Anströmung wirkenden dynamischen Auftrieb. Abtrieb ist physikalisch gesehen die gleiche Kraft wie der Auftrieb, wirkt aber in die entgegengesetzte Richtung.

Statischer Auftrieb

physikalisch] Der statische Auftrieb ist eine Kraft, die der Schwerkraft entgegen wirkt. Er entsteht, wenn sich ein Körper in einem Fluid (also einer Flüssigkeit oder einem Gas) befindet, es also verdrängt. Dieser Effekt wird mit dem Archimedischen Prinzip beschrieben.

Formel

F = \rho \cdot V \cdot g

. Dabei ist

V

das verdrängte Volumen,

\rho

ist die Dichte, also ist

\rho \cdot V

die verdrängte Masse, und

\rho \cdot V \cdot g

ihre Gewichtskraft. Das Archimedische Prinzip ist also erfüllt. Gleichwohl ist die 'verdrängte Masse'

m= \rho \cdot V

kein tatsächlicher Körper, sondern eine durch den verdrängenden Körper geprägte Verformung (V) der Flüssigkeit (relativ zu ihrem Oberflächen-spiegel), welcher eine virtuelle Dichte

\rho

zugemessen wird. Der Effekt ist also auch dann zu beobachten, wenn die vorhandene Flüssigkeit ein geringeres Volumen besitzt als der eingetauchte Teil des Schwimmkörpers.

Beispiele für statischen Auftrieb

- Ballons steigen auf, weil sie mit einem Traggas (meist Helium oder heiße Luft) gefüllt sind, das eine geringere Dichte hat, als die umgebende (kalte) Luft. Insgesamt haben alle Bestandteile des Ballons (inkl. Hülle, Korb etc.) zusammengerechnet eine geringere bzw. die gleiche Dichte, wie die der umgebenden Luft.
- Schiffe schwimmen auf dem Wasser, weil der in das Wasser eingetauchte Teil des Schiffes leichter ist als das verdrängte Wasser und das Gesamtgewicht des Schiffes dem Gesamtgewicht des von ihm verdrängten Wassers entspricht. Wegen der großen Lufträume hat ein Schiff trotz der schweren Baustoffe (Stahl etc.) eine geringere mittlere Dichte als Wasser. Schiffe befinden sich bei einem bestimmten Tiefgang in einem stabilen Gleichgewicht: Tauchen sie aufgrund von Störungen tiefer ein, vergrößert sich der Auftrieb und sie werden wieder emporgehoben, werden sie zu weit emporgehoben, verringert sich der Auftrieb, und die Schwerkraft läßt sie wieder eintauchen.
- U-Boote: Beim statischen Tauchen werden die Ballastzellen (oder -tanks) geflutet bzw. entlüftet. Wenn dynamische Effekte wie Strömungen oder Eigenfahrt fehlen, ist es möglich, ein U-Boot in rein statischem Tauchen durch korrekte Trimmung mittels Regel- oder Trimmzellen in einer bestimmten Tiefe zu halten. In der Praxis ist das aufgrund der wegen unterschiedlicher Salzgehalte schwankenden Wasserdichte allerdings sehr schwierig. Etwas einfacher wird es durch das Ausfahren des Sehrohrs über die Wasseroberfläche, wodurch ein U-Boot wie ein Überwasserfahrzeug in ein stabiles Gleichgewicht bezüglich der Tauchtiefe gebracht wird.

Dynamischer Auftrieb

Er entsteht, wenn der Körper sich relativ zum Gas oder zur Flüssigkeit bewegt. Die Kraft, die das Fluid (Gas oder Flüssigkeit) auf den Körper ausübt, besteht grundsätzlich aus zwei Komponenten: 1. der Widerstandskraft F_W (wirkt in Richtung der Anströmung), :

F_W = \frac \cdot \rho \cdot c_W \cdot A \cdot v^2.

:c_W = Widerstandsbeiwert (siehe auch: CW-Wert) :A = Fläche senkrecht zum Widerstandskraft(Querschnittfläche/Projektionsfläche) :

\rho

= Dichte des Mediums :v₁ = Anströmgeschwindigkeit 2. der dynamischen Auftriebskraft F_A (engl.: lift force, wirkt rechtwinklig zur Anströmung, wobei hier der Verständlichkeit halber keine Trägheitskräfte betrachtet werden, die im instationären Fall, z.B. im Seegang, zusätzlich vorkommen (hydrodynamische Massen)). :

F_A = \frac \cdot \rho \cdot c_A \cdot A \cdot v^2.

:c_A = Auftriebsbeiwert :A = Fläche, auf der der Auftrieb wirkt/Tragfläche :

\rho

= Dichte des Mediums :v₁ = Anströmgeschwindigkeit Im Gegensatz zum statischen Auftrieb ist die Richtung des dynamischen Auftriebs nicht durch "oben" und "unten" im Sinne der Schwerkraft definiert, sondern nur dadurch, wie Körper und Strömung zueinander orientiert sind. Dennoch nennt man ihn auch dynamischen Abtrieb, wenn er in Richtung der Gewichtskraft wirkt, also entgegengesetzt zum statischen Auftrieb. Dynamischer Auftrieb entsteht durch einen Druckunterschied zwischen gegenüberliegenden Seiten des umströmten Körpers. Der dynamische Auftrieb hängt von der Größe und Richtung der Anströmgeschwindigkeit relativ zum Körper ab. Beispiele für dynamischen Auftrieb:
- Tragflächen eines Flugzeugs
- Segel eines Segelboots
- Ruder eines Schiffes
- Tiefenruder eines U-Bootes
- Heckflügel eines Rennwagens
- der Rumpf eines Schiffes muss in der Kurve nach innen zeigen um Fliehkraft auszugleichen. Vom Prinzip her stört ein Profil bei dynamischem Auftrieb die Strömung so, als ob sich dort ein Wirbel befände, der sich auf der Saugseite mit der Anströmung dreht und auf der Druckseite entgegengesetzt dazu - nicht genug, um die Strömung umzukehren, die Luft dreht sich also nicht wirklich um eine Flugzeug-Tragfläche. Entscheidend für das Entstehen dieses Wirbels ist das Bilden eines Wirbels an der Tragflächenhinterkante, des sogenannten Anfahrwirbels. Durch Bewegung der Tragfläche aus der Ruhe heraus (Start) entsteht an der Hinterkante eine Instabilität der beginnenden Luftströmung und das Auftreten von Wirbeln. War die Strömung anfangs wirbelfrei (Ruhe), dann führt das zu einem Gegenwirbel, sodass die Gesamtrotation des Wirbelsystems (Zirkulation) unverändert bleibt (Satz von Thomson). Dieser Gegenwirbel sorgt dann für einen hinreichend großen Geschwindigkeitsunterschied von Strömungen auf der Ober- und Unterseite einer Tragfläche. Nach einer Gesetzmäßigkeit, die man den Helmholtz'schen Wirbelsatz nennt, kann ein Wirbelfaden nicht mitten in der Strömung plötzlich zu Ende sein. Der Wirbel, der ein Flugzeug trägt, setzt sich an beiden Enden der Tragflächen U-förmig nach hinten fort, als ein gewaltiges Wirbelpaar. Es ist am Flughafen von Rio de Janeiro schon vorgekommen, dass jemand verbotenenerweise ein gesperrtes Gelände am Flughafenzaun befahren hat und vom Wirbelpaar eines landenden Flugzeugs mit seinem Auto meterweit in die Luft geschleudert und schwer verletzt wurde - er kannte den Helmholtz'schen Wirbelsatz nicht. Beispiel für eine Kombination von statischem und dynamischen Auftrieb:
- Luftschiffe: Sie erzeugen statischen Auftrieb durch die Gasfüllung und dynamischen Auftrieb oder gegebenenfalls Abtrieb durch Motorenkraft (schwenkbare Propeller) und durch den Rumpf mit Hilfe der Steuerflächen.
- U-Boote: Als Dynamisches Tauchen bezeichnet man den Vorgang des Tauchens mit Hilfe des Antriebs und der Tiefenruder (Bug und Heck). Ohne dynamischen Auftrieb hat ein U-Boot immer eine Tendenz zum Steigen oder Sinken. Beim Alarmtauchen wird der Antrieb auf elektrisch und auf maximalen Schub (AK = äußerste Kraft) voraus geschaltet. Das Bugtiefenruder (z.B. 15°) nach unten gestellt und das Hecktiefenruder (z.B. 10°) nach oben gestellt. Dadurch entsteht eine extreme Neigung, die zusammen mit Antrieb und entlüfteten Ballasttanks ein schnelles Sinken bewirkt..

Abtrieb

Eine in Richtung der Schwerkraft wirkende Auftriebskraft wird bei bestimmten Anwendungen als Abtrieb bezeichnet. Abtrieb als die Kraft, mit der ein Körper auf den Boden gedrückt wird, spielt im Autosport eine wichtige Rolle, weil dort ein möglichst hoher Anpressdruck des Fahrzeuges auf die Straße erwünscht ist, um eine hohe Bodenhaftung und damit hohe Kurvengeschwindigkeiten zu erzielen. Abtrieb bezeichnet dabei den dynamischen Abtrieb durch aerodynamische Flächen, die bei Rennwagen Flügel genannt werden. Die im Automobilbau ebenfalls verwendeten Spoiler erzeugen keinen Abtrieb, sondern verhindern nur die Entstehung dynamischen Auftriebs, der durch die aerodynamischen Eigenschaften der Karosserieform erzeugt wird. Je höher der Abtrieb ist, desto mehr Stabilität hat man in Kurven. Man muss aber Geschwindigkeit auf den Geraden einbußen. Wenn mehr Geschwindigkeit auf Geraden erforderlich ist, verringert man den Abtrieb. Dabei verliert man an Stabilität in den Kurven.

Siehe auch

- Ballast
- Formschwerpunkt
- Auftriebsausgleich bei Luftschiffen
- Gesetz von Bernoulli das die Relation zwischen Druck und Geschwindigkeit darstellt.

Weblinks

- [http://www.walter-fendt.de/ph14d/auftrieb.htm Interaktives Experiment zur Größe der Auftriebskraft auf einen Körper, der in eine Flüssigkeit taucht]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/m15_auftrieb.htm Versuche und Aufgaben zum Auftrieb]
- http://www.aeromodelling.de.vu (Ausführliche Beschreibung zum Thema Auftrieb bei Flugzeugen) Kategorie:Strömungslehre ja:揚力 minnan:Seng-le̍k

Isaac Newton

, 1702)]] Sir Isaac Newton [] (
- 4. Januar 1643 in Woolsthorpe-by-Colsterworth in Lincolnshire, † 31. März 1727 in London nach dem Gregorianischen Kalender; jedoch
- 25. Dezember 1642, † 20. März 1727 nach dem damals in England noch geltenden Julianischen Kalender) war ein englischer Physiker, Mathematiker, Astronom, Alchemist und Philosoph. Außerdem beschäftigte er sich lange auf den Gebieten der Alchemie und Theologie. In der Sprache seiner Zeit, die zwischen Physik und Philosophie noch nicht scharf trennte, war Newton Philosoph.
Sir Isaac Newton ist der Verfasser der Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (veröffentlicht am 5. Juli 1687), in der er die universelle Gravitation und die Bewegungsgesetze beschrieb und damit den Grundstein für die klassische Mechanik legte. Newton ist ebenso einer der Begründer der Differenzialrechnung (einem Teilgebiet der Infinitesimalrechnung), die er fast zeitgleich mit Gottfried Wilhelm Leibniz, aber unabhängig von diesem und ohne Zusammenarbeit mit Leibniz entwickelte. Während Newton vom physikalischen Prinzip der Momentangeschwindigkeit ausging, versuchte Leibniz eine mathematische Beschreibung des geometrischen Tangentenproblems zu finden.
Aufgrund seiner Leistungen, vor allem auf den Gebieten der Physik und Mathematik, gilt Sir Isaac Newton als einer der größten Wissenschaftler aller Zeiten. Auch die Principia Mathematica wird als eines der wichtigsten wissenschaftlichen Werke eingestuft.

Leben und Werk

Tangentenproblems Newtons Vater, ein Landwirt, starb vor der Geburt Newtons. 1646 heiratete seine Mutter zum zweiten Mal und Isaac kam zu seiner Großmutter. Bald darauf starb auch sein Stiefvater, so dass Isaac nach Woolsthorpe zurückkehrte. Er besuchte die Grundschule in Grantham und mit 18 Jahren das Trinity College in Cambridge, das kurz nach dem Abschluss seines Studiums 1665 wegen einer Pestepidemie geschlossen werden musste. Also kehrte er abermals zurück in sein Elternhaus. 1666 stellte er seine Gravitationstheorie auf. Er schliff Linsen und baute ein später nach ihm benanntes Spiegelteleskop, das er dem König vorführte. Der König war beeindruckt und erkannte Newton an. Das war der erste Schritt zu seinem Ruhm. In einem Brief an die Royal Society erwähnte Newton im Zusammenhang mit dem Bau des neuartigen Teleskops gegenüber dem damaligen Sekretär Henry Oldenburg eine neue Theorie des Lichtes. 1672 veröffentlichte er seine Niederschrift "New Theory about Light and Colours" in den Philosphical Transactions der Royal Society auf Anfrage Oldenburgs, worin er unter anderem die Brechung des Lichts erläuterte. Diese Niederschrift rief große Diskussionen hervor. Besonders zwischen ihm und Robert Hooke herrschte ein angespanntes Verhältnis, da beide angesehene Wissenschaftler waren, doch grundverschiedene Meinungen hatten und jeder auf sein Recht pochte. In den "New Theory about Light and Colours" vertrat Newton die Korpuskeltheorie des Lichts, bei der er von einem Teilchenmodell ausging. Im Gegensatz zu René Descartes ging Newton jedoch davon aus, dass die Farben ursprüngliche Eigenschaften des Lichtes sind. Außerdem führte dies zu einem wiederum erbittert ausgetragenen Disput mit Christiaan Huygens und dessen Wellentheorie des Lichtes, welchen er 1715 durch Desaguliers vor der Royal Society für sich entscheiden ließ. Im Jahre 1800 (also lange nach beider Tod) führte Thomas Young jedoch weitere Experimente zu Gunsten der Wellentheorie durch. Heute sind beide Theorien in der Quantenmechanik mathematisch vereint.
Von 1675 bis 1682 befand sich Newton in einer Phase der Inaktivität und der Selbstzweifel. Danach stellte er das Gravitationsgesetz auf. Er schrieb eine weitere Niederschrift über seine physikalischen Entdeckungen, in der er auch das Problem löste, warum die Planeten elliptische Bahnen ziehen. 1687 schrieb er sein Hauptwerk, die "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie). In diesem Werk vereinte er die Forschungen Galileo Galileis zur Beschleunigung und Johannes Keplers zu den Planetenbewegungen zu einer einheitlichen Theorie der Gravitation und legte die Grundsteine der klassischen Mechanik, indem er die drei Grundgesetze der Bewegung formulierte. Wieder folgte ein Streit mit Hooke über das Gravitationsgesetz. Grundgesetze der Bewegung Zwei Jahre später starb seine Mutter und Newton fing an, einen theologischen Briefwechsel mit dem englischen Philosophen John Locke zu führen. 1696 oder 1699 wurde er zum Direktor der Königlichen Münze in London ernannt. Sein hartes Vorgehen gegen Falschmünzer war berüchtigt. Drei Jahre später (1699) wurde er an der Pariser Akademie zu einem von acht auswärtigen Mitgliedern berufen. Im Jahr 1700 erfand er mit der Newton-Skala eine eigene Temperaturskala. 1703 folgte der Titel "Präsident der Royal Society", den er bis zum Ende seines Lebens innehatte. Ein Jahr danach starb sein Erzfeind Hooke und er konnte endlich seine "Opticks or a treatise of the reflections, refractions, inflections and colours of light" (Optik oder eine Abhandlung über die Reflexion, Brechung, Krümmung und die Farben des Lichtes) veröffentlichen. Am 16. April 1705 wurde er von Königin Anne wegen seiner Verdienste um die Wissenschaft zum Ritter geschlagen. Im selben Jahr begannen auch die Prioritätsschwierigkeiten mit Gottfried Wilhelm Leibniz über die Erfindung der Infinitesimalrechnung. In Newtons 1712 erschienenem Buch "Historia coelestis Britannica" verwendete dieser unautorisiert die von John Flamsteed stammenden sogenannten Flamsteed-Bezeichnungen, was ebenfalls einen Streit um das Urheberrecht nach sich zog. Er bezog dann ein herrschaftliches Haus, das ein kleines Observatorium beherbergte und studierte alte Geschichte, Theologie und Mystik. Ab 1707 wurde Newtons Haus von seiner Halbnichte Catherine Barton geführt. Nach seinem Tod im Jahr 1727 wurde er unter großen Feierlichkeiten in der Westminster Abbey beigesetzt. Sein Bild prangte von 1978 bis 1984 auf der englischen 1-Pfund-Note. Newton galt als recht zerstreut und bescheiden, reagierte jedoch häufig sehr scharf auf Kritik. Er lebte fast durchgängig in häuslicher Gemeinschaft mit anderen Männern. Es wird auch die Geschichte erzählt, dass Newton, der grübelnd unter einem Apfelbaum saß, ein Apfel auf den Kopf fiel, was ihn auf die Idee brachte, die Himmelsmechanik beruhe auf derselben Gravitation wie der Fall von Äpfeln auf die Erde. Dies geht jedoch nicht auf Newton selbst zurück, sondern auf Voltaire. Ob es sich wirklich so zugetragen hat, ist fraglich.

Forschung in Naturwissenschaft und Philosophie

Physik und Mathematik

Voltaire Newtons Forschungen auf dem Gebiet der Lichtbrechung (Optik) zeigten, dass ein Prisma weißes Licht in ein Farbenspektrum aufspalten kann. Aus seiner Arbeit schloss er, dass jedes Linsenteleskop unter der Dispersion des Lichtes leiden würde und schlug ein Spiegelteleskop vor, um die Probleme zu umgehen. Später wurden achromatische Linsenkombinationen aus Gläsern verschiedener Brechungseigenschaften entwickelt. Er leitete in der "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" das Gesetz der Gravitation ab und bewies dessen Bedeutung für die Keplerschen Gesetze, wodurch er in der Lage war die Planetenbewegungen nicht nur wie Johannes Kepler zu beschreiben, sondern erstmals auch zu begründen. Auch die Grundsteine der klassischen Mechanik, die drei Grundgesetze der Bewegung und die Konzepte von absoluter Zeit, absolutem Raum, der Fernwirkung und so auch indirekt das Konzept des Determinismus wurden von ihm gelegt. Zusammen waren dies die wesentlichen Grundprinzipien der Physik und als solche bildeten sie für über 200 Jahre die Basis des naturwissenschaftlichen Weltbildes vieler Generationen, bis hin zur Relativitätstheorie Albert Einsteins. Zusätzlich zu seinen fundamentalen Leistungen zur Physik ist er neben Gottfried Wilhelm Leibniz auch einer der Begründer der Infinitesimalrechnung und hat auch wichtige Beiträge zur Algebra erbracht. Nach Newton sind das newtonsche Näherungsverfahren und die SI-Einheit der Kraft (Newton), die newtonsche Axiome sowie die Newton-Cotes-Formeln benannt, außerdem der am 30. März 1908 von J. H. Metcalf in Taunton entdeckte Asteroid (662) Newtonia. Von Newton stammt auch die erste Skizze eines Gerätes zur Winkelmessung mit Hilfe von Spiegeln und somit die Grundidee für die ein halbes Jahrhundert später erfundenen Sextanten

Der Newtonsche Zeitbegriff

Newtonaller Dinge. Des Weiteren sei sie eine feststehende Größe, die für jeden und überall gleich sei und sich nie ändere.
Außerdem sei die Zeit so feststehend, dass sie von Anbeginn an geplant gewesen sein müsse, also auf einen Schöpfer hinweise. Die Zukunft, die Gegenwart und die Vergangenheit stünden also schon im vornherein fest, was im deterministischen Weltbild Newtons mündete. Dieses ist jedoch auch nicht konfliktfrei mit dem christlichen Konzept des freien Willens und zudem ein Teilaspekt des Theodizeeproblems.
Newtons Zeitverständis dominierte über 200 Jahre lang die Wissenschaft bis zu Albert Einsteins Relativitätstheorie und der Heisenbergschen Unschärferelation.

Weitere Arbeiten

Weniger bekannt als seine wissenschaftlichen Errungenschaften aus heutiger Sicht sind Newtons Arbeiten in der christlichen Theologie und in der Alchemie, einem der Vorgänger des modernen Naturwissenschaftsverständnisses. In der Theologie vertrat Newton eine antitrinitarische Ansicht. Neben seinen physikalischen Arbeiten verbrachte er auch viel Zeit mit der Suche nach dem Stein der Weisen.

Literatur

- Neal Stephenson: Quicksilver Goldmann, 2004, ISBN 3-442-54568-4 (Historischer Roman)

Weblinks

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- [http://www.newtonproject.ic.ac.uk/ Newton-Projekt am Imperial College London (englisch)]
- [http://www.indiana.edu/~college/WilliamNewmanProject.shtml Projekt der Indiana University Newtons alchemistische Notizen zu dechiffrieren (englisch)]
- [http://www.isaac-newton-oberschule.de Isaac-Newton-Oberschule] Primärtexte:
- [http://burndy.mit.edu/Collections/Babson/ Babson Collection MIT (Originale Bücher und Manuskripte als pdf-Datei)] Newton, Isaac Newton, Isaac Newton, Isaac Newton, Isaac Newton, Isaac Newton, Isaac Newton, Isaac Newton, Isaac Newton, Isaac Newton, Isaac ja:アイザック・ニュートン ko:아이작 뉴턴 ms:Isaac Newton simple:Isaac Newton th:ไอแซก นิวตัน

Sog

Sog ist die umgangssprachliche Bezeichnung für eine Saugwirkung oder Anziehungskraft, welche Gegenstände in bewegten Gasen und Flüssigkeiten (Fluiden) erfahren. Durch lokal unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten entstehen gemäß dem Gesetz von Bernoulli unterschiedliche statische und dynamische Drücke. Diese Druckdifferenzen stören das Kräftegleichgewicht eines umströmten Körpers. Es resultiert eine Kraft, welche ihn zu bewegen versucht. Der Körper wird vom höheren Druck in den tieferen Druck gedrückt, folglich ist die Bezeichnung Sog eigentlich falsch. Solche Sogwirkungen nutzt man z.B. bei der Wasserstrahlpumpe, bei der mittels einer Venturi-Düse ein einfaches Vakuum erzeugt werden kann. Mit dem Begriff Sog wird ferner eine starke unterhalb der Oberfläche in Richtung Meer zurückfließende Strömung der Brandung bezeichnet. Kategorie:Strömungslehre

Profil (Flügel)

Als Profil im Allgemeinen bezeichnet man in der Strömungslehre die Form des Querschnitts eines Körpers. Durch die spezifische Form und die Umströmung durch eine Flüssigkeit oder ein Gas (Fluidum) entstehen an diesen Körpern angreifende Kräfte. Die Berechnung dieser Kräfte ist sehr komplex und basiert, stark vereinfacht, auf dem Gesetz von Bernoulli und der Reibung. Speziell geformte Profile werden für die Erzeugung von aerodynamischen oder hydrodynamischen Kräften, beispielsweise der Auftriebskraft an Flügeln von Vögeln und Flugzeugen, dem Schub an Schiffspropellern oder zur Bewegung von Windenergieanlagen, verwendet.

Tragflächenprofil

Ein Tragflächenprofil bezeichnet die Form des Querschnittes der Tragfläche eines Flugzeugs. Die Profilform lässt sich Anhand bestimmter geometrischer und aerodynamischer Eigenschaften in verschiedene Kategorien einteilen. Diese werden je nach Verwendungszwecks bei der Konstruktion von Flugzeugen eingesetzt:

Geometrische Kategorien:

- Symetrische Profile: Die Profile sind ihrer Längsache entlang spiegelsymetrisch.
- Halbsymetrische Profile: Die Profile sind ihrer Längsache ähnlich. Sie unterscheiden sich bei der Wölbung der Unter- und Oberseite.
- Keulen Profile: Die eine (i.d.R. obere) Seite ist konvex gewölbt, wo hingegen die andere (i.d.R. untere) Seite einen grösseren konkaven Bereich aufweist.
- S-Schlag Profile: Der hintere Teil des Profiles ist nach obengezogen, so dass die Profil-Skelettlinie am Profilaustritt leicht aufwärts gerichtet ist.

Aerodynamische Kategorien:

- Low-ReProfile: Geeignet für niedrige Geschwindigkeiten werden Sie vor allem bei langsamen Propellermaschinen und insbesondere an Modellflugzeugen eingesetzt.
- Laminar Profile: Diese Profile haben eine lange laminare Laufstrecke der Strömung und haben daher meist auch einen geringen Widerstand, sind jedoch auch empfindlicher auf Störungen in der Strömung. Sie finden hauptsächlich bei Segelflugzeugen und schnellen Motorflugzeugen Anwendung.
- Superkritische Profile: Verkehrsflugzeuge im schallnahen Geschwindigkeitsbereich.
- Überschall Profile: Hauptsächlich militärische Verwendung.

Profilpolare

Die Kräfte welche an einem Profil auftreten lassen sich in Auftrieb (A) und Widerstand (W) aufteilen. Das Drehmomoment um die Flügelachse wird als M bezeichnet. Diese Eigenschaften sowie der Anstellwinkel lassen sich in den Profilpolaren gegeneinander als Diagramm aufführen. Es ist aber üblich, statt mit diesen Kräften und Momenten mit den dimensionslosen Beiwerten Ca, Cw und Cm zu arbeitet. Das bedeutet, man bezieht die Kräfte auf den Staudruck q und die Flügelfläche S und kann so mit Werten rechnen, die unabhängig von Fluggeschwindigkeit und Größe des Flügels sind.

Cm_0

ist der Nullmomentenbeiwert, d.h. er stellt das Moment des Flügels bei Ca=0, also bei null Auftrieb dar. Cm wird mit zunehmendem Anstellwinkel üblicherweise größer.

Entwicklung von Profilen

Anstellwinkel Bei der Entwicklung von Profilen – beispielsweise für Flugzeuge – steht in der Regel die Maximierung des Verhältnisses von Auftrieb und Luftwiderstand im Vordergrund, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen. Andere Anforderungen sind „gutmütiges“ Verhalten bei hohen Anstellwinkeln (Abreißverhalten) oder Dynamik (verwertbare Spanne des Auftriebs).

Weitere Anwendungen

Das Funktionsprinzip der Profilform eines Flügels finden wir auch bei einem Rotorblatt, das antreibend Propeller, und angetrieben Repeller genannt wird.

Weblinks

- [http://www.aae.uiuc.edu/m-selig/ads.html/ UIUC Airfoil Data Site]
- [http://raphael.mit.edu/xfoil/ X-Foil] – Programm zur Berechnung der Eigenschaften von Unterschall-Profilen Kategorie:Strömungslehre Kategorie:Luftfahrt ja:翼型

Anstellwinkel

In der Luftfahrt ist der Anstellwinkel der Winkel zwischen der anströmenden Luft und der Profilsehne der Tragfläche. Je geringer der Anstellwinkel ist, desto höher muss die Geschwindigkeit sein, um einen bestimmten Auftrieb zu erhalten, zum Beispiel um ein Flugzeug mit dem Gewicht von 50 Tonnen ohne Höhenverlust in der Luft zu halten. Vergrößerungen des Anstellwinkels erhöhen den Auftrieb bis zu einem kritischen Punkt, bei dem die Strömung abreißt und der Auftrieb zusammenbricht. Der Anstellwinkel eines Flugzeugs kann durch Betätigung des Höhenruders beeinflusst werden. Eine Erhöhung des Anstellwinkels wird zum Beispiel bei der Landung vorgenommen, um auch bei der geringen Geschwindigkeit noch genügend Auftrieb zu erhalten. Bei einigen wenigen Flugzeugen wird der Anstellwinkel ohne Fluglagenänderung über Veränderungen des Einstellwinkels gesteuert. In die Serie eingeführt wurde dies bei der Vought F-8. Der Anstellwinkel ändert sich auch, wenn das Profil durch Ausfahren von Vorflügeln oder Landeklappen verändert wird, oder wenn es sich durch Auf- oder Abwinde bewegt. Moderne Windenergieanlagen, Hubschrauberrotoren und Verstellpropeller an Flugzeugen nutzen die Verstellung des Anstellwinkels zur Leistungregelung. Bei WEAs wird der aerodynamische Wirkungsgrad des Rotors durch Verringerung des Auftriebes so eingestellt, dass die Nennleistung des Generators nicht überschritten wird. Kategorie:Aerodynamik ja:迎角

Strömungsabriss

Als Strömungsabriss (englisch: stall) bezeichnet man in der Aerodynamik die Ablösung der Luftströmung von der Oberfläche eines angeströmten Gegenstandes. In der Praxis sind darunter Tragflächen, Steuerungsflächen, Propeller, Rotorblätter oder im Triebwerksbereich auch Verdichterschaufeln gemeint. Dabei kann es sich gleichermaßen um die Ablösung einer laminaren, als auch einer turbulenten Strömung handeln. Zwei Ursachen sind dafür verantwortlich: # Vergrößerung des Anstellwinkels bis zu dem Wert, bei dem keine Auftriebserhöhung mehr stattfindet, bei dem also der maximale Auftriebsbeiwert Ca max erreicht wird. # Erhöhung der Geschwindigkeit an einem Unterschallprofil in den schallnahen Bereich. Dies wird in der Fachsprache als Highspeed Stall bezeichnet. Die Folge ist eine Verringerung des Auftriebs (beim Propeller: des Vortriebs). Rotor Der Pilot eines Starrflüglers kann einen Strömungsabriss gezielt herbeiführen, um bestimmte Manöver durchzuführen (z. B. Landung, Sackflug, Trudeln, Luftkampfmanöver). Die Auswirkung eines Strömungsabrisses hängt von der Beschaffenheit des Profiles und der Tragflächenkonstruktion ab. Bei Nutz-und Verkehrsflugzeugen wird bei der Konstruktion auf eine gutmütige „Stall-Charakteristik“ geachtet, damit bei unbeabsichtigtem Eintreten in den Stall keine abrupten Auftriebsverluste auftreten. Obwohl das Auftreten eines Strömungsabrisses in erster Linie vom Anstellwinkel abhängt, kann man diesem Winkel in der Praxis eine Geschwindigkeit zuordnen. Je geringer die Geschwindigkeit eines Flugzeuges wird, desto mehr muss der Anstellwinkel erhöht werden, damit das Flugzeug ohne an Höhe zu verlieren geradeaus fliegt. Will man zudem noch ohne Höhenverlust eine Kurve fliegen, muss der Anstellwinkel zusätzlich erhöht werden. Die Geschwindigkeit, bei der es im Geradeausflug zum Strömungsabriss kommt, nennt man Stall Speed. Die Geschwindigkeit, bei der es bei einer Querneigung von 40° zum Strömungsabriss kommt, nennt man Maneuvering Speed. Beim Highspeed Stall kommt es durch die für den schallnahen Geschwindigkeitsbereich typische Ausbildung einer Schockwelle zum Strömungsabriss hinter der Schockwelle. Sofern nicht extrem viel Energie zugeführt wird (zum Beispiel durch einen Sturzflug) beendet sich dieser Zustand von selbst, da die Schockwelle enormen Widerstand erzeugt und sich dadurch die Geschwindigkeit wieder reduziert. Abfluggewicht, Schwerpunktlage und Lufttemperatur haben Wirkung auf die "stall speed". Eisansatz am Boden oder während des Fluges an der Flügelvorderkante (dieser Bereich ist ganz besonders für die Auftriebsentwicklung verantwortlich) kann zu unerwartetem Strömungsabriss führen, da sich die Profilform der betroffenen Trag-oder Steuerungsflächen ändert. Ein unbeabsichtigter Strömungsabriss in Bodennähe kann fatale Folgen haben. Bei Drehflüglern (Hubschraubern) kann der Strömungsabriss zu einem plötzlichen Auftriebsverlust am Haupt- oder Heckrotor führen. Der Strömungsabriss kommt immer dann zu Stande, wenn der Anstellwinkel der Rotorblätter zu groß gewählt ist, z. B. bei Überlastung der Maschine durch eine überschwere Last am Transporthaken oder durch falsche Flugtaktik im Gebirge. Nur geübte Piloten sind im Stande, solche Notfallsituationen zu meistern. Bei einigen Windenergieanlagen wird der Strömungsabriss zur Leistungsbegrenzung gezielt genutzt. Bei zu hoher Windgeschwindigkeit kann so ohne Verstellung der Rotorblätter (Pitchen) die Drehzahl des Rotors gesteuert werden. Kategorie:Aerodynamik ja:失速

Winglet

Winglets nennt man die an den Enden der Tragflächen moderner Flugzeuge angebrachten Verlängerungen, die entweder, wie bei den neuen Flugzeugen von Boeing oder bei den großen Flugzeugen von Airbus (Airbus A330 oder Airbus A340), schräg nach oben zeigen, oder, wie etwa bei den kleineren Airbus Flugzeugen (Airbus A320 und seine Familie), nach oben und unten ausgerichtet sind. Auch wenn so der Eindruck entsteht, dass Winglets eine moderne Erfindung sind, so gab es bereits vor dem zweiten Weltkrieg Fluggeräte mit ähnlichen Winglets. Im Gegensatz zu diesen ursprünglichen Endscheiben an den Flügeln besitzen heutige Winglets spezielle Profile, was den Effekt deutlich verbessert. An den Tragflächenenden bilden sich Wirbel, da Luft von der Unterseite der Tragflächen, wo Überdruck vorliegt, um die Tragflächenenden herum nach oben fließt, wo Unterdruck herrscht. Winglets reduzieren diese Wirbel, die den induzierten Luftwiderstand erhöhen, und halten sie fern vom Flügel. Sie senken damit den Treibstoffverbrauch zwischen 5 und 10 Prozent. Zusätzlich verringern Winglets die Abrissgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, die mindestens vorhanden sein muss, um einen für das Flugzeug nutzbaren Auftrieb an der Tragfläche zu erzeugen. Winglets müssen für jedes Flugzeug unter Berücksichtigung der Flügelfläche und der voraussichtlichen Fluggeschwindigkeiten angepasst werden. Zum Beispiel entwickelt die zusätzliche umspülte Fläche bei hohen Geschwindigkeiten mehr zusätzlichen Reibungs- und Druckwiderstand, als sie an induziertem Luftwiderstand einspart. Auch wenn sie anders aussehen, sind Winglets von den Flügelspitzen der Vögel abgeschaut. Lange Schwungfedern, die fächerförming und in der Höhe gestaffelt gespreizt werden, sorgen bei Vögeln für bessere aerodynamische Eigenschaften. Versuche haben ergeben, dass schlaufenförmige Tragflächenenden, so genannte Spiroids, eine weitere Treibstoffersparnis von bis zu 10% ermöglichen. Die bislang größten Winglets finden sich bei der Boeing 737-800 mit 2,40 Metern Höhe. Siehe auch: Wirbelschleppe

Weblinks

- http://www.b737.org.uk/737winglets.jpg - Skizze des Luftstroms mit und ohne Winglet
- http://www.mandhsoaring.com/articles/WL-Soaring.pdf sehr detaillierte Erklärung (english) Kategorie:Aerodynamik Kategorie:Luftfahrttechnik ja:ウィングレット ms:Sayap lawi