Warum fliegen Flugzeuge?

Eine interessante Frage…….

Dazu habe ich ein paar mögliche Antworten (rein zufällig bei golem.de und eigentlich zu einem ganz anderen Thema) gefunden – ohne allerdings jetzt tatsächlich schlauer zu sein.

Hier eine leicht gekürzte Zusammenfassung der Diskussion:

Re: Unbefuckinglievable

Datum: 15.04.11 – 17:19
Autor: /mecki78

Adminator schrieb:
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Hoffentlich kommt bald mal ein ähnlich fundierter Artikel über die bescheuerte und ebenso falsche Erklärung warum ein Flugzeug fliegt (Der Scheiß mit der blöden Strömung, die oben schneller fließt als unten usw.).

Gibt es doch schon lange. Den Effekt, den du oben beschreibst, dass ein Auftrieb aufgrund der unterschiedlichen Strömungsgeschw. entsteht, den gibt es zwar wirklich, aber kaum jemand macht sich mal die Mühe durchzurechnen wie hoch dieser Auftrieb wirklich ist. Denn wenn man das macht, oh Wunder, dann kommt heraus das selbst beim perfektesten Flügel dieser Auftrieb höchstens einen ganz leichten Segelflieger in der Luft halten könnte, ganz sicher aber keinen Airbus A380, denn dazu müsste der Airbus schon mehrfache Schallgeschwindigkeit fliegen, was er faktisch nicht tut.

Ein Flugzeug fliegt aus einem ganz einfachen Grund: Die Flügel lenken den Luftstrom nach schräg unten, wodurch ein Effekt entsteht, als ob sich das Flugzeug von der Luft „abstoßen“ würde. Und wohin stößt sich ein Körper von einem anderen Körper ab? Genau, exakt in die Gegenrichtung, also nach schräg oben. D.h. es entsteht eine Gegenkraft, die man in zwei Komponenten zerlegen kann: Eine Auftriebskraft und eine Vortriebskraft (die Gegenkraft ist genau die Summe dieser beiden Kräftevektoren). Und wenn die Auftriebskraft gleich groß der Erdanziehungskraft ist, dann hebt es diese auf (weil genau entgegen gerichtet) und das Flugzeug bleibt auf gleicher Höhe. Ist sie höher, steigt das Flugzeug, ist sie niedriger fällt das Flugzeug. Und je schneller ein Flugzeug fliegt, desto größer ist diese Rückstoßkraft, d.h. desto weniger müssen die Flügel die Luft nach unten lenken, wenn man nur auf gleicher Höhe bleiben möchte. Daher haben die Flügel ja auch Klappen, mit denen man mehr oder weniger Luft nach unten lenken kann.

Wer sich anhand des Textes oben nichts vorstellen kann, hier nochmal mit Bildern:

Also, das Bild ist zwar absolut korrekt:
Bernoulli effect (Quelle)

Aber deswegen fliegen Flugzeuge nicht, zumindest keine Unterschallflugzeuge ab einer gewissen Gewichtsklasse, weil die Kraft die dabei entsteht reicht nicht aus um ein Flugzeug dieser Gewichtsklasse bei so einer niedrigen Geschwindigkeit am Himmel zu halten.

Die meisten heutigen Flugzeuge fliegen, weil ihre Flügel folgendes mit dem Luftstrom machen (vereinfacht dargestellt):
(Quelle)

Dabei entsteht eine Gegenkraft, die auf das Flugzeug wirkt und genau entgegen der dort eingezeichneten Pfeilspitzen gerichtet ist. Und wie jede Kraft, lässt sich diese Kraft zerlegen:
(Quelle)

Wenn der schräge Pfeil die Kraft darstellt, die auf das Flugzeug wirkt, dann lässt sich diese in die anderen beiden Pfeile zerlegen, einer ist nach vorne gerichtet und einer ist nach oben gerichtet, und letzterer hält das Flugzeug in der Luft.

Wer das mal selber „erleben“ möchte: Einfach Hand aus dem Autofenster halten bei ca. 100 km/h und die Hand zuerst flach halten. Man merkt einen Widerstand, aber sonst passiert nichts. Jetzt mal die Hand leicht kippen, so dass der Wind auf die Innenhandfläche trifft (aber nicht zu weit kippen, ganz leicht reicht schon). Und? Was passiert? Richtig, auf einmal ist da eine Kraft, die die Hand nach oben treibt.

/Mecki

Re: Unbefuckinglievable

Datum: 16.04.11 – 09:16
Autor: moi

Morgen,

ich habe nur selten einen derart falschen Sachverhalt mit solch einer Überzeugung gelsen. Was du schreibst ist einfach schlichtweg falsch

/mecki78 schrieb:
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Gibt es doch schon lange. Den Effekt, den du oben beschreibst, dass ein Auftrieb aufgrund der unterschiedlichen Strömungsgeschw. entsteht, den gibt es zwar wirklich, aber kaum jemand macht sich mal die Mühe durchzurechnen wie hoch dieser Auftrieb wirklich ist.

Doch gibt es, nennt sich Auftriebsgleichung:

A = ca*(q*F)

A = Auftrieb
ca = Auftriebsbeiwert
q = dynamischer Staudruck
F = Fläche

ca = dca/dα*(α – α0)

dca/dα nennt sich Auftriebsanstieg und kann in erster Nährung als 2π angenommen werden. → Ergibt sich aus Kutta-Joukowski-Theorem
α = Anstellwinkel
α0 = Nullauftriebswinkel

Um den Druckunterschied an einer beliebigen Profilstelle zur Anströmung zu berechnen kannst du in erster Nährung Bernoulli verwenden.

Denn wenn man das macht, oh Wunder, dann kommt heraus das selbst beim perfektesten Flügel dieser Auftrieb höchstens einen ganz leichten Segelflieger in der Luft halten könnte, ganz sicher aber keinen Airbus A380, denn dazu müsste der Airbus schon mehrfache Schallgeschwindigkeit fliegen, was er faktisch nicht tut.

Siehe oben.

Ein Flugzeug fliegt aus einem ganz einfachen Grund: Die Flügel lenken den Luftstrom nach schräg unten, wodurch ein Effekt entsteht, als ob sich das Flugzeug von der Luft „abstoßen“ würde. Und wohin stößt sich ein Körper von einem anderen Körper ab? Genau, exakt in die Gegenrichtung, also nach schräg oben. D.h. es entsteht eine Gegenkraft, die man in zwei Komponenten zerlegen kann: Eine Auftriebskraft und eine Vortriebskraft (die Gegenkraft ist genau die Summe dieser beiden Kräftevektoren).

LOL, die Ingenieure wären froh wenn durch die Anströmung eine Vortriebskraft erzeugt werden würden -> Könnte man sich die Triebwerke ja sparen.

Und wenn die Auftriebskraft gleich groß der Erdanziehungskraft ist, dann hebt es diese auf (weil genau entgegen gerichtet) und das Flugzeug bleibt auf gleicher Höhe. Ist sie höher, steigt das Flugzeug, ist sie niedriger fällt das Flugzeug. Und je schneller ein Flugzeug fliegt, desto größer ist diese Rückstoßkraft, d.h. desto weniger müssen die Flügel die Luft nach unten lenken, wenn man nur auf gleicher Höhe bleiben möchte. Daher haben die Flügel ja auch Klappen, mit denen man mehr oder weniger Luft nach unten lenken kann.

Diese Klappen nennen sich Flaps und erzeugen 1. größere Fläche, 2. eine Steigerung des ca Wertes. In der Auftriebsgleichung resultieren beide Maßnahmen in einer Erhöhung des Auftriebs.

Wenn der schräge Pfeil die Kraft darstellt, die auf das Flugzeug wirkt, dann lässt sich diese in die anderen beiden Pfeile zerlegen, einer ist nach vorne gerichtet und einer ist nach oben gerichtet, und letzterer hält das Flugzeug in der Luft.

Jaja, die Vortriebskraft^^

Wer das mal selber „erleben“ möchte: Einfach Hand aus dem Autofenster halten bei ca. 100 km/h und die Hand zuerst flach halten. Man merkt einen Widerstand, aber sonst passiert nichts. Jetzt mal die Hand leicht kippen, so dass der Wind auf die Innenhandfläche trifft (aber nicht zu weit kippen, ganz leicht reicht schon). Und? Was passiert? Richtig, auf einmal ist da eine Kraft, die die Hand nach oben treibt.

Da haste recht, hat mit dem Auftrieb beim Flugzeug nix zu tun

Fazit:
Infomiere dich mit Fachliteratur bevor du so einen Mist schreibst.

Mal so als Einstieg.
Fluidmechanik 1: Grundlagen und elementare Strömungsvorgänge dichtebeständiger Fluide (Klassiker Der Technik)

Re: Unbefuckinglievable

Datum: 16.04.11 – 12:17
Autor: ahja
Soweit gebe ich dir recht, aber warum empfiehlst du ein Buch, dass schon im Titel dichtebeständige Fluide in den Mittelpunkt stellt? Luft ist ja vieles, aber nicht dichtebeständig. Ich habe jetzt keine Lust das durchzurechnen, meine Strömungsmechanik Vorlesung ist auch ncoh nciht ganz so weit fortgeschritten, trotzdem kann ich mir vorstellen, dass ihr beide Recht habt. Eine Strömungsmaschine lenkt die anströmende Luft im Leitrad auch nur um. Die entstehende Kraftwurd jedoch durch das Gehäuse aufgenommen. Im Leitrad erzeugt die durch Umlenkung erzeugte Kraft eine Bewegung. Warum sollte dieser Effekt bei Flugzeugen nicht zum Tragen kommen.
Zum Thema Landeklappen: Sie sind sehr dünn, deswegen ist der Wegunterschied, den sie bringen, von Flügel Ober-zu Unterseite sehr gering (bringen also nur eine kleine Auftriebsvergrößerung durch Strömungsunterschiede). Jedoch sind diese stark nach unten gerichtet und lenken den Luftstrom stärker nach unten ab. Ich frage morgen mal nen Luft- und Raumfahrttechnik Professor.

Ich fände es jedoch sehr sinnlos, wenn der Effekt der Impulserhaltung vernachlässigt wird, wenn dadurch die benötigte Flügelfläche (damit Gewicht, Luftwiderstand, Treibstoffbedarf, usw.) reduziert werden könnte. Jede Turbine nutzt dieses Prinzip, warum nicht auch eine Tragfläche?

So on…

Re: Unbefuckinglievable

Datum: 17.04.11 – 01:34
Autor: unsacred666

Ich wollte noch hinzufügen, dass es ja nicht nur die Flaps gibt, sondern auch die Slats (Vorflügel)… Beide Systeme dienen dazu, die Fläche des Flügels zu erhöhen, und DADURCH erhöht sich der Auftrieb… NICHT durch das Umlenken der Strömung oder ähnlicher Mist der hier behauptet wurde! xD
Mit Flaps und Slats tauscht man übrigens Geschwindigkeit gegen Auftrieb… Deswegen nennt man die Flaps auch Landeklappen – weil man bei einer Landung wenig Geschwindigkeit, aber dafür ein sanftes Aufsetzen möchte…

Und, der Vollständigkeit halber: als 3. System was den Auftrieb angeht, gibt es noch die Spoiler (Störklappen)… Diese behindern die Strömung über den Flügel, und das Flugzeug verliert massiv an Auftrieb und Geschwindigkeit – während dem Anflug werden diese bereits (geringfügig) genutzt, und werden dann beim Aufsetzen auf der Landebahn automatisch voll ausgefahren…

Re: Unbefuckinglievable

Datum: 17.04.11 – 12:50

Autor: moi

unsacred666 schrieb:
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ich wollte noch hinzufügen, das es ja nicht nur die flaps gibt, sondern auch die slats (vorflügel)… beide systeme dienen dazu, die fläche des flügels zu erhöhen, und DADURCH erhöht sich der auftrieb… NICHT durch das umlenken der strömung oder ähnlicher mist der hier behauptet wurde! xD

Danke!

Re: Unbefuckinglievable

Datum: 17.04.11 – 12:47
Autor: moi

ahja schrieb:
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Soweit gebe ich dir recht, aber warum empfiehlst du ihn ein Buch, dass schon im Titel Dichtebeständige Fluide in den Mittelpunkt stellt. Luft ist ja vieles, aber nicht Dichtebeständig. Ich habe jetzt keine Lust das durchzurechnen, meine Strömungsmechanik Vorlesung ist auch noch nicht ganz so weit fortgeschritten, trotzdem kann ich mir vorstellen, dass ihr beide Recht habt.

Brauchst du nicht durchrechnen. Als grobe Abschätzung wird Mach 0,3 als Übergang zur kompressiblen Strömung genommen, vorher sind die Einflüsse zu gering: ca. 5% Dichtedifferenz. Die Buchempfehlung war als Einstieg gedacht, so wie ich es geschrieben habe. Man sollte sich erstmal mit den Basics vertraut machen.

Eine Strömungsmaschine lenkt die anströmende Luft im Leitrad auch nur um. Die entstehende Kraftwurd jedoch durch das Gehäuse aufgenommen. Im Leitrad erzeugt die durch Umlenkung erzeugte Kraft eine Bewegung. Warum sollte dieser Effekt bei Flugzeugen nicht zum Tragen kommen.

Das dieser Effekt nicht auftritt habe ich nie gesagt, es ist jedoch nicht der Haupteffekt zur Auftriebserzeugung.

Zum Thema Landeklappen: Sie sind sehr dünn, deswegen ist der Wegunterschied, den sie bringen, von Flügel Ober-zu Unterseite sehr gering (bringen also nur eine kleine Auftriebsvergrößerung durch Strömungsunterschiede). Jedoch sind diese stark nach unten gerichtet und lenken den Luftstrom stärker nach unten ab. Ich frage morgen mal nen Luft- und Raumfahrttechnik Professor.

Es geht hier primäre um die Flügelfläche, weniger um die Luft die abgelenkt wird.

Ich fände es jedoch sehr sinnlos, wenn der Effekt der Impulserhaltung vernachlässigt wird, wenn dadurch die benötigte Flügelfläche (damit Gewicht, Luftwiderstand, Treibstoffbedarf, usw.) reduziert werden könnte. Jede Turbine nutzt dieses Prinzip, warum nicht auch eine Tragfläche?

Berechne doch einfach mal welcher Auftrieb durch den Druckunterschied und welcher Auftrieb durch die Umlenkung entsteht.

W·

Gelegenheitsblogger, bekennender Unterstützer der deutschen Bark Alexander von Humboldt II (ab und an in der Bierwerbung einer norddeutschen Brauerei zu sehen) mit einem Faible für Ju-52 und Meer, reist, liest, arbeitet - alles in allem also ziemlich normal.

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