Auftrieb von Luftfahrzeugflügeln

Auftrieb von Luftfahrzeugflügeln

Warum haben Flugzeuge Flügel?

Der Flügel ist die Haupttragfläche, auf der der größte Teil des Auftriebs während der Bewegung erzeugt wird. Da alle Flugzeuge schwerer als Luft sind, sind die Tragflächen ein wesentlicher Bestandteil des Flugzeugs. Er hängt von ihrer Anordnung, ihrer Form, ihrem Profil und ihrem Design ab. Der Flügel eines Flugzeugs hat über seine gesamte Spannweite eine bestimmte Querschnittsform, das Profil. Wir sprechen bei Flugzeugen in erster Linie von Flügeln, aber ähnliche Prinzipien gelten auch für Hubschrauberrotoren, Propeller oder Turbinenschaufeln.

DerAuftrieb an einer Tragfläche entsteht als Kraftreaktion auf die Umschlingung, die durch Stromlinien veranschaulicht werden kann – die sich bewegende Tragfläche lenkt das umgebende Medium ab, so dass es gezwungen ist, sich bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten um sie zu schlingen. An den Punkten mit höherer Geschwindigkeit entsteht auf der gegenüberliegenden Fläche ein Unterdruck, der als Reaktion eine Differenz der Druckkräfte auf den Flügel verursacht, wobei das Flugzeug nach oben gerichtet ist. An der Vorderkante des Flügels trennt sich die Luft und an der Hinterkante fließen die Stromlinien zusammen. Das Profil muss so konstruiert sein, dass bei der Umschlingung keine unnötigen Wirbel entstehen, da bei deren Bildung Energie verschwendet wird. Der Schnittpunkt der äußersten Punkte des Profils (an der Vorder- und Hinterkante) wird als Profilsehne bezeichnet. Die Profilsehne bildet mit der Längsachse des Flugzeugs einen Anstellwinkel, der wesentlich zur Auftriebserzeugung beiträgt und die Umschlingungsfunktion des Profils effektiv verändert.

Tragflächen können gerade, d. h. senkrecht zur Flugzeugachse, oder pfeilförmig sein, was bei höheren Geschwindigkeiten von Vorteil ist. Für Überschallgeschwindigkeiten wird ein Deltaflügel oder eine variable Flügelgeometrie verwendet, bei der die Flügelpfeilung (der Winkel zwischen den Vorderkanten der beiden Flügelhälften) je nach Bedarf im Flug variiert werden kann. Dadurch wird der aerodynamische Schwerpunkt des Flügels verlagert und das Umschlingungsprofil verändert (aerodynamische Verschlankung). Gleichzeitig befindet sich der Flügel bei Überschallflugzeugen weitgehend außerhalb der Stoßwelle.


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