Warum fliegt ein Flugzeug

Damit ein Flugzeug fliegen kann, braucht es Auftrieb. Auftrieb entsteht durch Luft, die von vorne um die Tragflächen strömt. Viele Menschen glauben, dass hauptsächlich die Luft, die unter den Tragflächen entlang strömt, das Flugzeug trägt. Tatsächlich ist dies nur bedingt richtig. Die entstehende Kraft unter den Tragflächen macht nur etwa ein Drittel des gesamten Auftriebs aus. Die restlichen zwei Drittel des Auftriebs stammen vom Sog, der an der Oberseite herrscht.

Wie man auf der Abbildung sehen kann, ist die Tragfläche auf der Oberseite stärker gewölbt als auf der Unterseite. Diese Wölbung ist nicht entscheidend für den Auftrieb, verbessert ihn jedoch. Auch ein flacher Flügel erzeugt Auftrieb. Wichtig ist lediglich der sogenannte Anstellwinkel der Tragfläche - der Winkel, mit dem die Tragfläche zum Luftstrom steht. Aufgrund der Strömungsgesetze bildet sich ab einem gewissen Anstellwinkel um Zirkulation der Strömungs-Ober- und Unterseite der Tragfläche eine Zirkulation aus. Diese Zirkulation verhält sich so, dass sie auf der Oberseite der Tragfläche mit der Strömung (Ergebnis: die Luft strömt an der Oberseite schneller), an der Unterseite der Tragfläche gegen die Strömung fließt (Ergebnis: die Luft strömt hier langsamer). Der Begriff Zirkulation kann jedoch irreführend wirken. Denn tatsächlich bewegt sich die Luft dabei nicht gegen die Strömung. Der Begriff ist eher als ein mathematisches Modell zur Berechnung des Auftriebs zu verstehen.

Die gewölbte Form (das Profil) der Tragfläche schafft erhöhten Auftrieb, indem sie die Strömung am Ende des Flügels effizienter nach unten ablenkt. Die nach unten abgelenkte Luft erzeugt nach dem Newtonschen Gesetz von Kraft und Gegenkraft zusätzlichen Auftrieb.

Wie Sie sicher bemerkt haben, ist das genaue Prinzip des Auftriebs sehr kompliziert und in diesem Rahmen nur sehr grob darzustellen. Wichtig für den Auftrieb ist: Die Luft über den Tragflächen strömt schneller als die Luft unter den Tragflächen. Noch lange bevor das erste Flugzeug gebaut wurde, erkannte ein kluger Schweizer namens Bernoulli, dass der Druck in der Luft immer abnimmt, wenn ihre Geschwindigkeit zunimmt. Das bedeutet im Fall unserer Tragfläche, dass der Druck über der Tragfläche geringer ist als darunter. Durch dieses Phänomen wird das Flugzeug zu 2/3 nach oben gesogen und nur zu 1/3 nach oben gedrückt. Und da haben wir unseren Auftrieb.

Zum besseren Verständnis der Entdeckung Bernoullis, kann man ein einfaches Experiment durchführen. Dazu braucht man ein Blatt Papier, zwei dicke Bücher und einen Strohhalm. Man legt das Blatt Papier auf die beiden Bücher und bläst mit dem Strohhalm unter dem Blatt durch. Das Blatt wird sich - wie auf dem Bild zu sehen - nach unten biegen. Durch die schnell unter dem Blatt durchströmende Luft ist der Druck unter dem Blatt geringer als darüber. Das Blatt wird nach unten gesogen.