WARUM FLIEGT EIN FLUGZEUG?
Wenn du in einem fahrenden Auto deinen angewinkelten Arm aus dem offenen Fenster hältst, dann kannst du folgendes feststellen:
- Hältst du den Arm vom Ellenbogen ab genau nach vorne, dann wird der Arm nach hinten gedrückt: als Luftkraft fühlst du nur Widerstand;
- Wenn du den Arm vom Ellenbogen zur Hand in einem Winkel zur anströmenden Luft etwas hoch hältst, fühlst du zusätzlich zum Widerstand eine Kraft nach oben: den Auftrieb;
- Wenn du den Arm etwas nach unten hältst, dann wird aus dem Auftrieb Abtrieb. Der Widerstand wirkt natürlich immer noch.
Ein Flugzeug kann nur dann fliegen, wenn es gegenüber der Luft eine Vorwärtsgeschwindigkeit besitzt.
Wenn die Tragfläche ein flaches Brett wäre und das Brett parallel zur Luftströmung läge, dann wäre die Luftkraft nur Reibungswiderstand und würde nur nach hinten wirken.
Wenn das Brett einen Winkel gegenüber der Luftströmung hat (den Anstellwinkel α), wird die vorbeiströmende Luft nach unten abgelenkt und das erzeugt eine Gegenkraft nach oben. Die gesamte Luftkraft L, die auf das Brett wirkt, können wir aufteilen in eine Komponente A (Auftrieb, senkrecht zur anströmenden Luft) und eine Komponente W (Widerstand, parallel zur anströmenden Luft).
Ein Flugzeug mit Brettern als Tragflächen hätte einen großen Widerstand und nur einen geringen Auftrieb, und darum hat man schon in den Anfangstagen der Luftfahrt die aerodynamische Form des Flügelquerschnitts, das Profil, bei den Vögeln abgeschaut. Solch eine Tragflächenform hat nur einen geringen Widerstand und viel Auftrieb, und genau das wollen wir haben.
Das Profil hat auf der Oberseite eine stärkere Wölbung als auf der Unterseite. Wir können den Auftrieb an einer Tragfläche auch wie folgt beschreiben: Beim Umströmen des Profils strömt die Luft auf der Oberseite schneller als auf der Unterseite. Dadurch wird der Druck auf der Flächenoberseite geringer als auf der Flächenunterseite. Durch diesen Druckunterschied entsteht eine Kraft nach oben, der Auftrieb.
Beim Vergrößern des Anstellwinkels steigt der Widerstand und beim Verkleinern wird er geringer.
ANSTELLWINKEL UND AUFTRIEB
Wenn wir uns den Einfluss des Anstellwinkels α auf den Auftrieb A anschauen, dann erkennen wir folgendes: Beim Verkleinern des Anstellwinkels wird der Auftrieb A auch kleiner, beim Vergrößern des Anstellwinkels wird der Auftrieb größer.
In der Praxis sagen wir, dass der Auftrieb genauso groß sein muss wie das Gewicht des Flugzeugs.
Der Auftrieb ist abhängig von der Geschwindigkeit (Fahrt) und vom Anstellwinkel. Bei normaler Fahrt im Doppelsitzer zu zweit fliegst du mit einem Anstellwinkel von ca. 7°.
Dann hast du ein günstiges Verhältnis von Auftrieb und Widerstand. Was passiert, wenn du einsitzig mit der gleichen Geschwindigkeit fliegst? Das Flugzeug ist dann leichter geworden. Bei gleicher Geschwindigkeit ändert sich dann der Anstellwinkel, er ist kleiner geworden und erzeugt weniger Auftrieb. So hast du wieder ein Gleichgewicht zwischen Auftrieb und Gewicht.
Was passiert dann mit dem Anstellwinkel?
Da die Geschwindigkeit kleiner wird, entsteht auch weniger Auftrieb. Dann kann nur noch der Anstellwinkel größer werden, um mehr Auftrieb zu liefern und im Gleichgewicht mit dem Gewicht zu sein. Merkst du was? Das Ding heißt zwar Höhensteuer. Aber was passiert, wenn du ziehst? Die Nase kommt hoch, d. h. der Anstellwinkel wird größer und die Geschwindigkeit nimmt ab. Höhe gewinnst du dabei so gut wie gar nicht. Also: Mit dem Höhensteuer steuerst du die Fahrt.
Die Theorie des Fliegens basiert auf den Gesetzen der Aerodynamik. Sie ist auf alle Segelflugzeuge anwendbar; sowohl auf das Grunau Baby, welches zum ersten Mal im Jahre 1931 gebaut wurde, eine Spannweite von 13,20 m hat, aus Holz und Leinen besteht, als auch auf die hochmoderne JS1 aus Aramid und Kohlenstofffasern, mit einer Spannweite von 18 m.
