Frage von Sarahxdrew, 93

wie entsteht der Unterdruck beim Flugzeug?

Hiiiiiii Leuteee Ich weiß nicht wie der Unterdruck bei einem Flugzeug entsteht, damit der Fliegen kann!! Brauche unbedingt die Abtwort. Danke im Vorraus ☺️

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von ramay1418, Community-Experte für Flugzeug, 29

Fakt ist zunächst einmal, dass alle "Standardflugzeuge", egal ob Businessflieger oder A380, und selbst Militärmaschinen, gewölbte Tragflächen haben - und dafür muss es einen aerodynamischen Grund geben, denn sonst würden sich die Konstrukteure seit Lilienthal nicht damit beschäftigen.

Der Hauptgrund ist ein Prinzip, das nach seinem Entdecker, dem Schweizer Physiker Bernoulli, benannt ist, der "Bernoulli-Effekt". Vereinfacht heißt das auf deutsch: In einer verengten oder erweiterten Stromröhre sind die durchströmenden Volumina konstant. Die Verengung ist hier die Wölbung der Tragfläche bis hin zur freien Strömung.

Da immer die gleiche Luftmenge von vorne am Flügel ankommt, muss die auf der Oberfläche anliegende Luft schneller strömen, denn sie muss Platz für die nachfolgenden Luftteilchen machen.

Das ist die Standardfolklore. Jetzt gibt es noch zwei Effekte, die eine Rolle spielen:

1) Die Tragfläche ist leicht gegen die Flugzeuglängsachse nach oben geneigt und angebracht. Diese Konstruktion nennt man "Einstellwinkel" und durch ihn gibt es gem. dem Newton'schen Bewegungsaxiom "actio = reactio" einen Druck nach oben.

2) Der große Houdinitrick mit der schnelleren Strömung. An der Hinterkante der Fläche entsteht ein Wirbel, der sich nach oben vorne "eindreht". Dadurch entsteht hier "am Ende" der Oberseite ein Unterdruck, der für die schnellere Strömung verantwortlich ist.

Und schnellere Strömung bedeutet nun einmal Unterdruck und damit Sog. Und der zieht das Flugzeug nach oben. Die Summe aus Sog (oben) und Druck (unten) ist der "Auftrieb". Und nur, wenn sich Auftrieb und Gewicht die Waage halten, fliegt das Flugzeug geradeaus und nicht hoch oder runter.

Insofern ist das oft vorgebrachte Argument, die Wölbung spiele keine Rolle, nicht ganz richtig. Der Beweis: In der Praxis sind alle Tragflächen von Verkehrsflugzeugen gewölbt - und zwar auf der Oberseite. Dass aber alle Konstrukteure weltweit keinen Plan von Aerodynamik haben, kann man wohl verneinen.

So, bleibt die Frage, woher die Aussage kommt, dass die Wölbung keine Rolle spielt. Sie ist ja nicht ganz falsch, ist aber ein Grenzfall der aerodynamischen Konstruktion, vor allem bei Kunstflugmaschinen oder auch Experimentalflugzeugen. Hier wird Aerodynamik fast immer durch Triebwerksleistung ersetzt.

Damit ist auch klar, dass ich auch eine ebene Platte nehmen kann oder ein symmetrisches Profil, denn dann ist ja die Strömung oben und unten gleich bzw. hängt nur noch vom Ein- und Anstellwinkel ab. Der Einstellwinkel (Tragfläche zu Flugzeugrumpf) ist konstruktionsbedingt vorgegeben, der Anstellwinkel (Flugzeuglängsachse zur Anströmrichtung) wird mit dem Steuerknüppel beeinflusst.

Außerdem fehlt in den Aussagen immer eine Erklärung, warum man unter Schweiß und Tränen der Tragfläche eine gewölbte Form gibt und nicht einfach eine Metallplatte aus dem Baumarkt nimmt ;-) 

Flugabwehrraketen z. B. haben nur Stummelflügel für die Steuerung, werden aber ansonsten auf ihrer gestreckten Flugbahn nur durch den Antrieb in der Luft gehalten.

Es gilt immer noch das erste Grundgesetz der Aerodynamik: 

"Auch ein Toilettenhäuschen kann fliegen, wenn das Triebwerk stark genug ist."

Ansonsten braucht auch ein Dixiklo eine Tragfläche zur Unterstützung. 

Kommentar von Franz1957 ,

Wenn wir schon von Lilienthal reden: Seine Profile hatten die Profildicke Null. So wie Drachen und Schiffssegel auch. Sie hatten ebensoviel Hohlwölbung unten wie Wölbung oben. Das heißt, in den Begriffen der Standardfolklore: Der Weg der Luft ist obenherum genau gleich weit wie untenherum. Die übliche Erklärung funktioniert hier nicht.

Lilienthal selbst hatte dieses Problem nicht. Er hatte andere und gute Erklärungen. Die Entstehung des Auftriebs erklärt er mit dem Impuls (damals als "lebendige Kraft" bezeichnet), den die nach unten gelenkte Luft erhält. Den Vorteil der Wölbung gegenüber der ebenen Platte sieht er in dadurch weniger ruckhaften Weise, die Luft nach unten zu beschleunigen und in der Vermeidung von Wirbeln.

Siehe in seinem Buch in den Kapitel 23 bis 25. Ich zitiere von den Seiten 81-83. (Das heute nur noch selten zu sehende ſs ist eine ältere Form des ß.)

Die an den Flächen vorbeistreichende Luft erhält in beiden Fällen eine nach unten gerichtete Beschleunigung; denn die unter die Flächen treffende Luft muſs unter den Flächen hindurch und die über den Flächen vorbeistreichende Luft muſs unbedingt den geneigten Raum oberhalb der Flächen ausfüllen. [...] Die Ablenkung des Luftstromes nach unten geschieht bei der ebenen Fläche zumeist an der Vorderkante, und zwar plötzlich. Hierbei tritt eine Stoſswirkung auf, welche wiederum zur Bildung von Wirbeln Veranlassung giebt. [...]
Ganz andere Erscheinungen treten nun aber bei der gewölbten Fläche auf. Der auf diese Fläche treffende Luftstrom wird ganz allmählich aus seiner horizontalen Richtung abgelenkt und nach unten geführt. Derselbe erhält nach und nach, und zwar möglichst ohne Stoſs eine nach unten gerichtete Geschwindigkeit. Man sieht ohne weiteres, daſs nur die schwach und glatt gewölbte Fläche, besonders wenn die Tangente zur Vorderkante genau in die Windrichtung steht, die an ihr vorbeistreichende Luft möglichst ohne Wirbel mit einer Geschwindigkeit nach unten entlassen wird, und zwar in einer Richtung, welche gewissermaſsen der nach unten gerichteten Tangente des letzten Flächenstückes entspricht. [...]
Der nach unten gerichtete Bestandteil der lebendigen Kraft der Luftteilchen nach Verlassen der Fläche ist maſsgebend für den nach oben gerichteten auf die Fläche ausgeübten Druck.

http://www.deutschestextarchiv.de/book/show/lilienthal_vogelflug_1889

Kommentar von Franz1957 ,

Lilienthals Text unterstreicht nebenbei auch, was sich logischerweise von selbst versteht: Wenn die Wölbung der Tragflächen ihre Rolle auf andere Weise spielt, als die Standarderzählung behauptet, dann folgt daraus natürlich nicht, daß sie "keine Rolle" spielt. Ich habe auch noch nirgends gesehen, daß das jemand behauptet hätte. Auch nicht, daß jemand behaupet hätte, die Aerodynamiker keinen Plan von dem hätten, was sie tun.

So ziemlich die letzten, denen man das unterstellen könnte, werden die Leute von der NASA sein, die der gängigen Story mit den gleichen Argumenten widersprechen wie ich...

https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong1.html (Siehe auch die Fortsetzungsseiten)

Kommentar von Franz1957 ,

...und die das Zustandekommen des Auftriebs, nur mit moderneren Worten, so erklären wie es schon Lilienthal erklärte:

https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/right2.html

Kommentar von ramay1418 ,

Nun, ich sage ja nicht, dass es falsch ist; nur eben nicht ganz richtig. Du kommentierst meine Antwort, ohne zu sagen, warum man sich die Mühe macht, eine Tragfläche zu wölben, was ja konstruktionsbedingt schwieriger ist, als ein ebenes Stück Blech an den Rumpf zu nageln. Darauf hätte ich gerne eine Antwort. Und warum die Entdeckungen der Herren Bernoulli und Venturi plötzlich nicht mehr gelten sollen. 

Ich weiß natürlich, dass auch eine schräggestellte Platte einen Auftrieb erzeugt, aber das ist ja nicht der Standard. Also: Warum baut man seit Beginn der Motorfliegerei für normale Verkehrsflugzeuge gewölbte Tragflächen, wenn die Theorie - und die Praxis - dahinter falsch sein sollen? 

Meine praktische Erfahrung bezieht sich ja nur auf jahrzehntelange Erfahrung als Flugzeugmechaniker. Und dass alles Wissen der Kollegen, der Lehrer und Ingenieure plötzlich nicht mehr richtig sein soll, kann ich nicht nachvollziehen. 

Und wenn wir schon von Forschungseinrichtungen reden: Man muss nicht bei der NASA nachschauen; das DLR ist mindestens genauso gut. Die Leute bei Boeing, Airbus, Embraer, Bombardier und alle kleineren Hersteller liegen also falsch? 

Und die deutschen Segelflugzeuge als Weltmarktführer sind alle falsch konstruiert? Kann sein, ist aber unwahrscheinlich. 

Wie gesagt, für Spezialanwendung ist das etwas anderes. Darüber gab es sogar mal eine Sendung bei Quarks & Co. 

Kommentar von Franz1957 ,

Du fragst mich, warum man gewölbte Tragflächen statt ebene Platten verwendet. Eine neue Begründung dafür ist aber nicht nötig, denn niemand stellt in Frage, was man beobachten und messen kann: Daß sie stärkeren Auftrieb bei weniger Widerstand erzeugen als Platten, und das zuverlässiger, unempfindlicher gegen Strömungsabriß auch bei veränderlichen Anstellwinkeln und Geschwindigkeiten.

Was anders begründet werden muß ist lediglich, wieso Tragflächen *überhaupt* Auftrieb erzeugen. Deine Auskunft oben unter 1) geht in die richtige Richtung.

Niemand sagt, daß die Entdeckungen von Bernoulli und Venturi nicht
mehr gelten sollen. Geschweige denn Deine Erfahrung oder gleich "alles Wissen" der Fachleute. Die falsche Erklärung für die Entstehung des Auftriebs stammt gar nicht von Bernoulli und Venturi, auch wenn Bernoullis Name immer dabei genannt wird. Mit Tragflächentheorie haben die beiden sich vor gut zwei Jahrhunderten noch nicht befasst. Das Gesetz von Bernoulli stimmt, aber manche verstehen es falsch und wenden es falsch an.

Daß so etwas irgendwann auffällt und richtiggestellt wird, ist in der Geschichte der Wissenschaft ein ganz normaler Vorgang und den wird der Flugzeugbau ganz sicher verkraften.

Scott Eberhardt von Boeing ist einer der Leute, die die Standardfolklore richtiggestellt haben. Von ihm und David Anderson gibt es ein Lehrbuch, "Understanding Flight". Schau doch mal rein:

https://books.google.de/books?id=wmuPXQuZnGoC&lpg=PP1&hl=de&pg=PP1#v...

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 36

Mach doch mal folgenden Versuch, dann weißt du, wo der Unterdruck herkommt (auf Anhang downloaden klicken):

https://22583447-a-62cb3a1a-s-sites.googlegroups.com/site/pflegefibelschlafapnoe...

Wenn du zwischen die beiden Blätter Papier pustest, gehen die nicht auseinander, sondern zusammen, weil ein Unterdruck erzeugt wird. Das Papier wirkt wie eine Tragfläche an der Oberseite. Weils zwischen dem Papier eng wird, wird die Luft beschleunigt. Je schneller sie fließt, umso weniger Druck hat sie.


Expertenantwort
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 22

Du hast darum gebeten, so zu schreiben, daß es eine Realschülerin versteht. Es wäre schön, wenn das immer ginge, aber manche Sachen sind so schwierig, daß auch Leute mit Abitur und selbst physikalisch gebildete Leute sie nicht verstehen oder falsche Erklärungen dafür im Kopf haben, deren Vorteil nur darin besteht, daß sie einfach genug sind.

Die Frage, wie die Tragfläche des Flugzeugs funktioniert, ist eine dieser Sachen. Sie ist wirklich schwer zu verstehen, und das macht es auch verständlich, wieso die Meisten falsche Erklärungen glauben, obwohl man verhältnismäßig leicht sehen kann, daß diese Erklärungen falsch sind.

Die meist gegebene Erklärung ist die, wonach die Luft auf der Oberseite des Flügels sich beeilen müsse, weil sie einen längeren Weg zurückzulegen hätte und, so die unausgesprochene Voraussetzung dabei, irgendwie unter Zeitdruck stünde, damit sie sich nicht verspätet. Nichts davon stimmt.

Erstens strömt die Luft oben sogar noch schneller als sie "müßte", wenn es darum ginge, nicht von der Luft unten nicht abhängen zu lassen. Tatsächlich ist der Luft oben natürlich vollkommen egal, ob sie früher oder später als die Luft unten an der Hinterkante des Flügels ankommt.

Zweitens strömt die Luft oben auch dann schneller als unten, wenn der Weg oben und unten gleich weit ist. Z.B. wenn der Flügel ein symmetrisches Profil hat, also oben und unten genau gleich stark gewölbt ist, oder bei einem Flügel, der dünn ist wie bei einem Gleitschirm oder Hängegleiter, oder bei einem vollkommen flachen Papierdrachen.

Eine zutreffende Erklärung für den Auftrieb des Flügels ist das Prinzip der Impulserhaltung und die Tatsache, daß der Flügel Luft nach unten schubst. Dies ist aber nur eine Bilanzbetrachtung, bei der man sieht, daß zwei beteiligte Größen im Gleichgewicht miteinander sind und die sache sozusagen mit rechten Dingen zugeht und physikalisch zulässig ist. Deine eigentliche Frage, wie der Unterdruck an der Flügeloberseite zustande kommt, beantwortet es nicht. Und das zu beantworten ist wirklich nicht einfach.

Kommentar von AnyBody345 ,

Du hast recht , wenn man recht bedenkt flog die Concorde mit ihren Deltaflügeln auch . Es ist eine Frage das Einstellwinkels. Ich hatte meine Erklärung wie du beschrieben hast gegeben, weil mir das so in der Ausbildung beigebracht wurde von dem Lehrer. Dies erschien mir logisch also habe ich es nicht weiter hinterfragt.

Kommentar von Franz1957 ,

Ja, daß der Anstellwinkel den entscheidenden Anteil am Auftrieb hat, sieht man ja auch an den Polarendiagrammen der Profile. Jedes Profil, mag es oben noch so aufgewölbt sein, erzeugt sofort negativen Auftrieb, wenn man es unter den Nullauftriebswinkel dreht.

Kommentar von Franz1957 ,

OK, Einstellwinkel und Anstellwinkel sind nicht das Gleiche, aber für unser Thema kommt es auf das Gleiche hinaus.

Kommentar von ramay1418 ,

"Nichts davon stimmt." Kann sein, muss aber nicht. 

Das würde ja bedeuten, dass die Theorie - und die Praxis - seit über 100 Jahren nicht stimmt. Da kommen aber leise Zweifel auf, denn noch immer wird bei der Ausbildung von Flugzeugmechanikern und Piloten das Auftriebsprinzip anhand von Bernoulli erklärt. 

Vorbild ist hier vor allem der Segelflugzeugbau, bei dem die Aerodynamik ja eine große Rolle spielt. Dann wären alle Lehrbücher falsch. Kann sein, ist aber kaum zu glauben. 

Sollten alle diese Praktiker wirklich Unrecht haben? Wozu konstruiert man dann eine annähernd wie ein Vogelflügel geformte Tragfläche? Das könnte man sich doch sparen. 

Gibt es dazu eine nachvollziehbare Erklärung? 

Kommentar von Franz1957 ,

Wenn sich seit einiger Zeit falsche Ideen in der Theorie etabliert haben, muß die Praxis ja noch lange nicht falsch sein - denn die beruht ja eben, wie jede richtige Theorie, auf praktischer Erfahrung.

Otto Lilienthal erklärte vor über 100 Jahren in seinem Buch Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst den Auftrieb des Profils noch nicht auf die heute gängige Weise, sondern korrekt mit der Ablenkung der Luftströmung nach unten. Das Buch ist online zugänglich.

Wie Klaus Weltner von der Uni Frankfurt schreibt, stand dies auch bis um 1920 noch in den Lehrbüchern. Erst ab da taucht die Geschichte vom weiten Weg der Luft um die Wölbung der Flügeloberseite auf.

http://www.angelfire.com/dc/nova/flight/PHYSIC4.html

Die Geschichte hat zwar, wie man sehr leicht sehen kann, mit der Wirklichkeit so gut wie nichts zu tun, aber sie wird selten in Frage gestellt, denn man erzählt sie so, daß der Eindruck entsteht, sie gehöre zum Bernoullischen Prinzip dazu, und so zweigt diese Geschichte sich etwas von der Autorität ab, das die Namen großer Gelehrter an sich haben, und das eingelullte Bewußtsein winkt sie mit durch, so daß sie im Kopf unter der Rubrik "was ich alles weiß" ihren Platz findet.

Antwort
von dompfeifer, 37

Du meinst vermutlich die Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Flugzeugtragfläche. Siehe dazu Bernulli-Effekt, z.B. bei https://www.planet-schule.de/warum/fliegen/themenseiten/t4/s3.html .

Siehe auch hier die Erklärung von MuddinTheGreat.

Kommentar von Franz1957 ,

...die Erklärung von MuddinTheGreat stimmt nur leider nicht.

Antwort
von AnyBody345, 21

Durch das Tragflächenprofil. Die Tragflächen sind nach oben hin gewölbt. Somit hat die Luft über der Tragfläche einen längeren weg als unter der Tragfläche. Ergo strömt sie über die Tragfläche schneller als und unter der Tragfläche um die Differenz hinter der Tragfläche auszugleichen. Deswegen spricht man von ca. 70% sog über der Tragfläche und 30% trieb unter der Tragfläche.... Bitte zählt das Wort "Tragfläche" 😂😂😂

Kommentar von Franz1957 ,

Anscheinend hat hier so gut wie jeder diese falsche Erklärung gelernt. Daß die Tragflächen nach oben hin gewölbt sind oder stärker gewölbt sind, trifft gar nicht generell zu und hat mit dem Unterdruck nichts zu tun. Er entsteht auch bei anderen Profilen, bei denen der Weg oben und unten herum gleich lang ist. Siehe meine Antwort an MuddinTheGreat.

Kommentar von AnyBody345 ,

Siehe Kommentar zu deiner Antwort

Antwort
von peterobm, 38

Unterdruck im Innern? Die Tragflächen sind für das Fliegen verantwortlich. 

Kommentar von MuddinTheGreat ,

Ein Flugzeug fliegt durch Unter- und Überdruck, der sich an den Flügeln aufbaut. Der Unterdruck zieht das Flugzeug an den Flügeln nach oben. Der Überdruck drückt den Flügel von unten nach oben.

Der Kabinendruck wird zum Fliegen nicht benötigt. Ist aber Lebenserhaltend und passt sich der Flughöhe an. Den hast du aber bei Sportflugzeugen gar nicht. Die Fliegen aber trotzdem ;-)

Antwort
von Karl37, 7

Google einmal nach dem Magnuseffekt. Das Prinzip des Auftrieb ist beim Flächenflugzeug sehr ähnlich. Wenn du den verstanden hast, dann steht dem Verständnis des Tragflügel nichts im Wege.

Auch die Theorie des Ludwig Prandtl erklärt anschaulich das Zustandekommen einer Zirkulationsströmung durch Überlagerung der Parallelströmung.

Die Auftriebsberechnung nach Kutta und Joukowsky berücksichtigt die Zirkulationsströmung.

Oberseite v - vz

Unterseite v + vz

Antwort
von MuddinTheGreat, 39

Der Flügel ist gewölbt. Die Luft muss daher an der Oberseite schneller am Flügel vorbei, als an der Unterseite.

Dadurch entsteht auf der unteren Seite des Flügels ein Überdruck, der das Flugzeug nach oben drückt.

Luft: kürzerer Weg = kleinere Geschwindigkeit = Überdruck

Auf der oberen Seite des Flügels entsteht ein Unterdruck oder Sog, der das Flugzeug nach oben zieht.

Luft: längerer Weg = höhere Geschwindigkeit = Unterdruck

Kommentar von Franz1957 ,

Die Luft muss daher an der Oberseite schneller am Flügel vorbei, als an der Unterseite.

Nein, deshalb muß sie nicht. Nichts zwingt sie dazu, gleichzeitig mit der Luft, die unten herum strömt, an der Hinterkante des Flügels anzukommen. Und, wie man bei Windkanalaufnahmen sehen kann, kommt sie dort sogar noch früher an.

https://www.youtube.com/watch?v=UqBmdZ-BNig

Bei einem einfachen gewölbten Blech, wo der Weg der Luft oben wie unten genau gleich lang ist, entsteht der Unterdruck übrigens auch oben. Sogar bei einem flachen, schräg angestellten Brett. Der Grund für die höhere Geschwindigkeit und für den Unterdruck an der Oberseite ist also nicht der längere Weg.

Antwort
von wiki01, 34

Druck und Unterdruck in der Strömungslehre entsteht durch unterschiedliche Luftgeschwindigkeiten. Bei einer Tragfläche ist die Oberseite gewölbt. Die Luft hat da einen längeren Weg zurückzulegen, als auf der Unterseite. Deshalb ist die Strömungsgeschwindigkeit auf der Oberseite höher. Höhere Geschwindigkeit bei gleicher Luftmenge ergibt einen Unterdruck relativ zur Unterseite, der senkrecht zur Tragfläche nach oben wirkt, und somit Auftrieb erzeugt.

Kommentar von Sarahxdrew ,

Bitte so schreiben, dass es eine Realschülerin versteht. Danke ☺️

Kommentar von Franz1957 ,

Diese Erklärung stimmt nicht. Die Luft hat bei asymmetrischen Profilen oben einen längeren Weg zurückzulegen, aber niemand sagt ihr, daß sie dabei eine bestimmte Zeit einhalten müßte. Bei symmetrischen Profilen oder bei Hängegleitern und Drachen ist der Weg oben und unten genau gleich lang, und es funktioniert trotzdem.

Siehe meine Antwort an MuddinTheGreat.

Antwort
von archibaldesel, 32

In Physik geschlafen? Durch die Form der Tragflächen.

Kommentar von Sarahxdrew ,

Ich schlafe generell gerne in Naturwissenschaften ein 

Antwort
von unlocker, 14

möglicherweise verstehst du die Erklärung in dem Video

Antwort
von PoisonArrow, 35

Seit wann braucht ein Flugzeug Unterdruck zum Fliegen...?
Und wo soll der sich aufbauen?

Wenn Du den Kabinendruck bei Jumbos meinst, der künstlich wieder aufgebaut wird, damit die Leute in 10 km Höhe nicht abnippeln - diesen durch die Flughöhe bedingten Unterdruck "brauchen" Flugzeuge nicht.

Grüße, ----->

Kommentar von MuddinTheGreat ,

Ein Flugzeug fliegt durch Unter- und Überdruck, der sich an den Flügeln aufbaut. Der Unterdruck zieht das Flugzeug an den Flügeln nach oben. Der Überdruck drückt den Flügel von unten nach oben.

Der Kabinendruck wird zum Fliegen nicht benötigt. Ist aber Lebenserhaltend und passt sich der Flughöhe an. Den hast du aber bei Sportflugzeugen gar nicht. Die Fliegen aber trotzdem ;-)

Kommentar von AnyBody345 ,

fail

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