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Querschnitt eines typischen Flugzeugflügels
Quelle: NASA-
Eine flache Platte erzeugt fast so viel Auftrieb wie ein typischer Flugzeugflügel.
Form von Flugzeugflügeln
Typische Flugzeugflügel sind oben gewölbt und unten mehr oder weniger flach. Doch das muss keineswegs so sein!
- Der Flügel kann oben und unten genau gleich sein (symmetrisches Profil). Solche Flügel werden bei Kunst-
Flugzeugen eingesetzt , denn damit ist ein Flug auf dem "Bauch" genauso gut möglich wie in normaler Lage. Damit solche symmetrischen Flügel Auftrieb produzieren, müssen sie schräg zum Luftstrom stehen. - Auch ein ultradünner Flügel, der oben und unten den gleichen Weg hat, funktioniert. So einen hatten die Gebrüder Wright,[1] die 1903 den ersten Motorflug machten.
- Nicht einmal eine Wölbung ist erforderlich! Auch "ein Scheunentor" kann als Flügel verwendet werden, wie Experten gerne sagen.[2]
- Die Unterseite des Flügels kann sogar nach innen gekrümmt (= konkav) sein. Solche Flügel leiten die Luftströmung viel agressiver um, haben deshalb einen höheren Auftrieb, aber auch mehr Luftwiderstand. Deshalb setzt man solche Flügel bei langsamen Flugzeugen ein. Auch große Passagierflugzeuge haben so eine Form, allerdings nur bei der Landung, nachdem sie Wölbklappen nach unten gefahren haben.
Vorteile der gängigen Form
Doppeldecker
- weniger Luftwiderstand bei gleichem Auftrieb (auch wenn der Unterschied oft nur wenige Prozent beträgt) – Durch die Stromlinienform entsteht an der Rückseite nicht so viel bremsender Unterdruck. Die Form ist so, wie sich die Strömung natürlicherweise einstellt.
- stabilere Strömung – Es kommt erst bei steilerem Winkel bzw. nicht so plötzlich zu Turbulenzen und zum Strömungsabriss.[3]
- Wenn die Flügeloberseite stärker als die üblichen 1–
2% gekrümmt wäre, müsste die Unterseite nach innen gewölbt (= konkav) sein. Das ist schwer zu fertigen. – Deswegen ist der Weg über dem Flügel typischerweise nur ca. 2% länger als unterhalb.
Sonstige Flugvarianten
- Flugzeuge können auf der Seite fliegen ("Messerflug"). In dem Fall wirkt der Rumpf als "Flügel". Er muss schräg gestellt werden, damit er Auftrieb erzeugt (obwohl er dafür gar nicht ausgelegt ist).
- Doppeldecker haben zwei Flügel übereinander. Die Hauptvorteile sind:
- einfache, stabile Konstruktion bei geringem Gewicht
- wendiger – weil die Flügel nicht so lang sind
Nachteile:
- höherer Luftwiderstand
- relativ geringer Auftriebsgewinn (z. B. 20% mehr als ein einziger Flügel) – Unter dem oberen Flügel entsteht Überdruck. Deswegen kann der untere Flügel auf seiner Oberseite nicht so viel Unterdruck erzeugen.
Seit Ende des 1. Weltkriegs werden kaum noch Doppeldecker gebaut (höchstens für Kunstflüge).
Entscheidende Eigenschaften von funktionierenden Flugzeugflügeln
- An der Hinterkante muss ein Abwind entstehen.
- Diesen Abwind erzeugt hauptsächlich die Oberseite des Flügels. – Deswegen sind Triebwerke, Geräte, Löschtanks usw. immer auf der Unterseite.[4]
- Eine scharfe Kante an der Hinterseite verhindert, dass dort Luft nach oben strömt (was den Abwind verringern würde).[5] – Luft strömt "nicht gern" um scharfe Ecken (Kutta-
Bedingung ).
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Quellen
| [1] | Jörn Loviscach: Auftrieb; warum ein Flugzeug fliegt (Video), ab 2:35 |
| [2] | David F. Anderson, Scott Eberhardt: The Newtonian Description of Lift of a Wing (PDF), S. 2 – "a barn door can produce lift" |
| [3] | David F. Anderson, Scott Eberhardt: The Newtonian Description of Lift of a Wing (PDF), S. 3 – "We should point out that the shape of the wing does affect the stall characteristics
and efficiency of the wing, but it is not the primary factor in determining its lift." |
| [4] | David F. Anderson, Scott Eberhardt: A Physical Description of Flight (PDF), S. 5 – "the top surface of the wing does much more to move the air than the bottom. So the top is the more critical surface. Thus, airplanes can carry external stores, such as drop tanks, under the wings but not on top where they would interfere with lift" |
| [5] | Rita Wodzinski: Wie erklärt man das Fliegen in der Schule? Versuch einer Analyse verschiedener Erklärungsmuster (PDF), Plus Lucis, 2/1999, S. 20 (im PDF S. 3) – "Ganz entscheidend dafür, dass ein Flugzeug überhaupt fliegen kann, ist also die scharfe Hinterkante des Tragflügels" |