Ein Flugzeug fliegt, wenn der von den Tragflächen erzeugte Auftrieb größer ist als sein Gewicht und der Antrieb den Luftwiderstand überwindet. Der Auftrieb entsteht nur, wenn sich das Flugzeug relativ zur Luft bewegt. Man nennt ihn deshalb dynamischen Auftrieb.
Wir betrachten hier nicht Start oder Landung, sondern den Reiseflug: gleichmäßige Bewegung in der Luft, ohne starkes Steigen oder Sinken.
Begriffe: Auftrieb, Gewichtskraft, Luftwiderstand, Anstellwinkel, Geschwindigkeit, Impuls, Luftdruck
Was braucht ein Flugzeug zum Fliegen?
- Flügel (Tragflächen)
- Luft
- eine ausreichende Geschwindigkeit
- einen Anstellwinkel der Flügel
- eine passende Steuerung
Ohne Luft fliegt kein Flugzeug. Ohne Geschwindigkeit entsteht kein Auftrieb. Und ohne richtig eingestellte Flügel kann die Luft nicht „umgelenkt“ werden.
Der entscheidende Punkt: Umlenkung der Luft
Die Luft strömt vor dem Flugzeug gerade an. Hinter dem Flugzeug strömt sie nach unten. Das ist der wichtigste Beobachtungspunkt.
Wenn Luft nach unten beschleunigt wird, muss etwas diese Richtungsänderung verursachen. Nach dem Wechselwirkungsprinzip entsteht dabei eine gleich große Gegenkraft: das Flugzeug wird nach oben gedrückt.
Auftrieb entsteht durch alles, was den Luftstrom nach unten ablenkt.
Warum reicht ein flacher Flügel?
Schon eine flache Platte kann Auftrieb erzeugen, wenn sie leicht schräg angestellt wird. Dieser Winkel heißt Anstellwinkel.
Das kennen viele aus eigener Erfahrung: Hält man die Hand aus dem Autofenster und kippt sie vorne leicht nach oben, wird sie nach oben gedrückt.
Vier verbreitete Erklärungen – und was an ihnen stimmt
1. Newtonsche Erklärung (Impuls)
Der Flügel lenkt Luft nach unten ab. Die Luft ändert ihren Impuls. Damit der Gesamtimpuls erhalten bleibt, muss das Flugzeug einen Impuls nach oben bekommen.
Stimmt: Umlenkung der Luft ist entscheidend.
Reicht allein nicht: Die Oberseite der Tragfläche wird dabei zu wenig berücksichtigt.
2. Bernoulli-Erklärung (Luftdruck)
Über der Tragfläche strömt die Luft schneller, der Luftdruck ist dort geringer als unter dem Flügel. Die Druckdifferenz erzeugt eine Kraft nach oben.
Stimmt: Es gibt tatsächlich Druckunterschiede.
Falsch ist: Die oft gehörte Erklärung „oben längerer Weg – deshalb schneller“ ist physikalisch nicht korrekt.
3. Wirbel und Zirkulation
Hinter dem Flügel entsteht ein Wirbel. Damit Wirbel entstehen können, muss sich um den Flügel herum eine Zirkulation einstellen.
Diese Beschreibung ist sehr genau, aber mathematisch anspruchsvoll und schwer anschaulich zu erklären.
4. Zusammenfassung über Kräfte
Unter dem Flügel ist der Luftdruck größer, über dem Flügel kleiner. Die Differenz dieser Drücke ergibt eine resultierende Kraft nach oben: den Auftrieb.
In einem Satz
Alles, was den Luftstrom nach unten ablenkt,
erzeugt Auftrieb.
Dieser Auftrieb hebt das Gewicht des Flugzeugs auf.
Warum fliegt ein Flugzeug nicht ohne Antrieb?
Der Antrieb erzeugt keine Auftriebskraft. Er sorgt nur für die nötige Geschwindigkeit. Ohne Geschwindigkeit gibt es keinen Auftrieb.
Deshalb können Segelflugzeuge fliegen – sie brauchen keinen Motor, aber ausreichend Luftströmung.
Zusammenfassung
- Auftrieb entsteht nur in Bewegung.
- Der Flügel lenkt Luft nach unten.
- Druckunterschiede und Impulsänderung gehören zusammen.
- Der Antrieb liefert Geschwindigkeit, nicht Auftrieb.
Fragen
- Warum kann ein Flugzeug auch kopfüber fliegen?
- Warum gibt es eine Mindestgeschwindigkeit?
- Warum steigt ein Flugzeug beim Start?
- Warum reißt der Auftrieb bei zu großem Anstellwinkel ab?