Wie ensteht der Auftrieb auf der Tragfläche?
Um genauer zu sein, verstehe ich nicht ganz, warum die Luft über der Tragfläche schneller ist als unten. Einige würden jetzt sagen "weil sie gewölbt ist". Das ist mir schon bewusst aber dennoch ergibt sich da für mich keine Logik.
Meine Theorie ist , dass durch die Wölbung die Luft nach unten geleitet wird und dabei stark an Geschwindigkeit gewinnt.
Der Grund warum die Luft hinter der "Flügelnase" nach "unten gesaugt" wird , ist der weil wie auf dem Bild zu sehen ist, ist ein Teil der Oberfläche vom Flügel "Windgeschützt" und wenn dann der Flügel in eine Richtung beschleunigt , kommt keine bzw. wenig Luft in den Windgeschützten Bereich , es entsteht ein kleiner Unterdruck, die die Luft dann auf der Oberfläche "ansaugt" (und dadurch nach unten ableitet).
Und ich meine nicht , dass die Luft komplett nacht unten abgeleitet wird , sodass es hinter der Tragflächen dann wie ein Luftballon wirkt.
Man kann sich das dann so vorstellen , wenn man in eine Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit geht und es dann auf einmal Berg ab geht
Danke
6 Antworten
Der Auftrieb entsteht dadurch, daß die Tragfläche Luft nach unten lenkt. Dabei übt sie Kraft auf die Luft aus (-> zweites Newtonsches Gesetz), und die dabei entstehende Gegenkraft (-> drittes Newtonsches Gesetz) hebt die Tragfläche nach oben.
Was man zu diesem Thema meistens liest, sind nur Einzelheiten, die diesen Vorgang detaillierter beschreiben: Die Kraft verteilt sich ungleichmäßig auf die Tragfläche, das kann man mit Druck und Unterdruck beschreiben, und der Luftdruck um die Tragfläche wechselwirkt wiederum mit der Strömungsgeschwindigkeit.
Oft werden diese Einzelheiten mit der Sache selbst verwechselt und es werden Ursachen und Wirkungen durcheinander gebracht, insbesondere, was die Aussage der Bernoulli-Gleichung angeht.
Oft wird auch das Märchen von der Luft erzählt, die oberhalb der Tragfläche einen längeren Weg zurücklegen muß und sich deshalb beeilt. Vielleicht, weil sie glaubt, daß ein Unglück geschähe, wenn sie irgendwie "zu spät" an der hinteren Flügelkante ankäme.
Nein, das ist wirklich keine schlüssige Erklärung. Erstens schon deshalb nicht, weil ja auch Drachen und Flugzeuge mit einfacher Stoffbespannung ordentlich Auftrieb haben, obwohl der Weg der Luft an der konkaven Unterseite des Flügels exakt genauso lang ist wie der auf der konvexen Oberseite. Die Flugzeuge Otto Lilienthals und der Brüder Wright hätten gar nicht fliegen können, wenn die Story mit dem langen Weg der Luft wahr wäre.
https://wright.nasa.gov/airplane/lift1.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Otto_Lilienthal
Zweitens zieht diese Behauptung nicht, weil die Luft oberhalb des Flügels in Wirklichkeit noch schneller strömt, als sie es "müßte", wenn sie Angst vorm Zuspätkommen hätte. Hier wird das im Windkanal gezeigt:
https://www.youtube.com/watch?v=UqBmdZ-BNig
Mehr zu dem Video: https://www.cam.ac.uk/research/news/how-wings-really-work
Erklärt wird die Entstehung des Auftriebs hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamischer_Auftrieb
Wer Mathematik nicht scheut, dem empfehle ich diese zwei Artikel von Klaus Weltner: Misinterpretations of Bernoulli's Law und Physics of Flight. Weltner beantwortet darin die Frage, wieso die Luft oben schneller ist als unten.
https://www.researchgate.net/publication/303974692_Physics_of_Flight
https://www.researchgate.net/publication/303974495_Misinterpretations_of_Bernoulli%27s_Law
Hier ist eine Serie von Seiten der NASA zum Thema Auftrieb: https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/lift1.html Folge unten der Linkkette Theories of Lift. Es kommen dann auch drei Seiten Incorrect Lift Theory #1, #2 und #3. Dort wird auf richtige und falsche Ideen über den Auftrieb eingegangen.
Das Lehrbuch Understanding Flight von David Anderson und Scott Eberhardt empfehle ich, insbesondere auch den Anhang B: Misapplications of Bernoulli's Principle.
Vielleicht, weil sie glaubt, daß ein Unglück geschähe, wenn sie irgendwie "zu spät" an der hinteren Flügelkante ankäme.
das ergibt sich aus der Kontinuitätsbedingung für laminare Strömung, nicht aus Angst der Strömung. Diese Bedingung wird allerdings bei Strömungsabriss verletzt, den Piloten gar nicht mögen (hier kommt vielleicht Angst wieder ins Spiel).
Meines Wissens ist dies überhaupt nicht vollständig geklärt. Ich habe in der Physikvorlesung etwa die folgende Erklärung gehört:
- Von den Luftteilichen, die vorne auf den Flügel prallen, gehen einige oben am Flügel durch, andere unten.
- Hinter dem Flügel müssen diese Teilchen wieder zusammen sein (dieser Punkt leuchtet mir nicht ganz ein).
- Der Weg oben durch ist weiter als der unten.
- Nun gibt es ein Gesetz von Bernoulli, nach dem der Druck auf eine Fläche umso kleiner ist, je schneller eine Flüssigkeit oder ein Gas über diese Fläche strömt.
- Wegen 3 und 4 ist also der Druck oben kleiner als unten und der Flügel wird nach oben gedrückt.
Das sehe ich auch so. Aber es ist nicht klar, ob die Teilchen wirklich am hinteren Ende wieder zusammen kommen müssen. Könnten nicht die unteren Teilchen in einem Wirbel zuerst um den Flügel herum und dann wieder zurück geblasen werden?
Das könnten sie natürlich. Und wenn der Flügel tatsächlich so steil steht wie in der Zeichnung ist es auch nicht weit entfernt davon. Das nennt man einen Strömungsabriß, der Auftrieb ist schlagartig weg und das Flugzeug stürzt ab (oder fliegt steil mit der Nase nach unten, fängt sich mit etwas Glück und kommt in die stabile Fluglage zurück). Der Auftrieb entsteht gerade nur dann, wenn die Luft auf der Untersteite relativ ungehindert (laminar) strömt.
Leider ist das der größte Mythos zu diesem Thema. Die Luftteilchen müssen am Ende nicht wieder zusammen treffen. (Das machen sie sogar garnicht) , denn niemand zwingt die Luftteilchen wieder am Ende ein "paar" zu werden;😉
4 und 5 stimmen aber.
Die mögen sich ja neu verpaaren, aber am Ende muss es doch ausgehen, sonst staut es sich.
Hinter dem Flügel müssen diese Teilchen wieder zusammen sein (dieser Punkt leuchtet mir nicht ganz ein).
Völlig zu Recht, denn das ist ein Gerücht, das sich nicht ausrotten lässt. Tatsächlich kommen zunächst benachbarte Teilchen zu unterschiedlichen Zeiten am hinteren Ende an.
Die Luft wird gezwungen verschieden schnell über Ober und Unterseite zu streichen. Oben ist sie schneller und erzeugt dort ein Unterdruck und saugt den Flügel nach oben.
das ist ein lange anhaltender Streit in der Strömungsmechanik zwischen
- Auftrieb weil die Fläche schräg steht, und die Luft nach unten abgelenkt wird (dagegen: gewölbte Tragflächen machen Auftrieb auch wenn sie nicht schrägstehen)
- Auftrieb weil die Luft auf der Oberseite der Wölbung schneller ist, somit der dynamische Druck höher und folglich der statische Druck geringer ist (die Summe muss wg. Energieerhaltung konstant sein; dagegen: auch nichtgewölbte Tragflächen machen Auftrieb durch Schrägstellung)
Der zentrale Denkfehler ist, dass die Strömung nicht kausal funktioniert, sondern einen Gesamtzustand bildet, der eine stabile Lösung der Navier-Stokes-Gleichung ist. Und dieser Zustand ist offenbar auf verschiedenen Wegen erreichbar.
Der Auftrieb entsteht durch den Bernoulli-Effekt.
zu 2.: wenn das nicht so wäre, müssten sich immer mehr Teilchen vor dem Flügel stauen, was bei fortlaufender Bewegung zu einer Druckerhöhung bis ins Unendliche führen würde. Das ist offensichtlich nicht der Fall.