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Flugzeugflügel in der Praxis
Um ein Gefühl für die Physik von Flugzeugflügeln zu bekommen, hier ein paar konkrete Zahlen:
- Der Druck auf der Flügeloberseite ist nur ein paar Prozent geringer als der Druck auf der Unterseite.
- Typischerweise ist der Unterdruck oben ungefähr doppelt so groß wie der Überdruck unten.[1]
- Bei einer Fluggeschwindigkeit von 360 km/h ist die vertikale Geschwindigkeit der von den Flügeln abwärts gestoßenen Luftmasse ca. 5–
10 m/s. Bei einer Cessna 172 (typisches Kleinflugzeug mit vier Sitzen) sind es bei 220 km/h auf konstanter Flughöhe 5 m/s. Die abgelenkte Luft wiegt ca. 5 t/s. Das ist das Fünffache Eigengewicht der Cessna 172 und ungefähr die gesamte Luft über den Flügeln bis in 5 m Höhe. Ein 250-t- Jumbojet lenkt im Reiseflug jede Sekunde ungefähr sein Eigengewicht an Luft nach unten.[2] - Der erzeugte Luftstrom nach unten bewirkt einen Wirbel, der ungefähr so groß wie die Flügelspannweite ist.
Wenn ein Flugzeug langsam fliegt, muss es die Luft, an der es vorbeikommt, stark nach unten beschleunigen. Das erfordert relativ viel Energie und produziert starke Wirbel.
Bei hoher Geschwindigkeit kommt das Flugzeug an mehr Luft vorbei und muss diese weniger ablenken, um dieselbe Auftriebskraft zu produzieren. Das spart Energie, denn die kinetische Energie der Luft wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Z. B. ist es für die Auftriebskraft egal, ob pro Sekunde 100 kg Luft auf 10 m/s beschleunigt werden oder 1000 kg auf 1 m/s. Die kinetische Energie der beschleunigten Luft beträgt jedoch im ersten Fall 5000 J/s und im zweiten nur 500 J/s.[3]
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Quellen
| [1] | Was ist fliegen – die Entstehung des Auftriebs (PDF), S. 2 |
| [2] | David F. Anderson, Scott Eberhardt: The Newtonian Description of Lift of a Wing (PDF), S. 8 |
| [3] | kinetische Energie = Masse mal Geschwindigkeit zum Quadrat dividiert durch 2 |