Wie fliegt ein Flugzeug ?

Die physikalischen Prinzipien einfach erklärt

Ein Flugzeug fliegt dank des Auftriebs, einer aufwärtsgerichteten Kraft, die durch die Druckdifferenz zwischen der oberen (Extrados) und unteren (Intrados) Fläche der Tragfläche entsteht. Die gewölbte Extrados beschleunigt die Luft, was den Druck oberhalb der Tragfläche reduziert. Diese Differenz drückt das Flugzeug nach oben. Vier Kräfte balancieren sich im Flug aus, der Auftrieb (nach oben), das Gewicht (nach unten), der Schub der Triebwerke (nach vorne) und der Widerstand (nach hinten).

Wie kann eine Maschine von mehreren Hundert Tonnen den Boden verlassen ? Die Antwort liegt in einem Wort, der Auftrieb. Dieses physikalische Prinzip ist sowohl faszinierend als auch seit mehr als einem Jahrhundert von Luftfahrtingenieuren perfekt beherrscht. Um die Flugleistungen zu vertiefen, lies unseren Artikel, Die Gleitzahl eines Flugzeugs.

Was ist der Auftrieb ?

Der Auftrieb ist die senkrechte, nach oben gerichtete Kraft, die auf die Tragflächen des in Bewegung befindlichen Flugzeugs wirkt. Er hängt von drei Hauptparametern ab, der Geschwindigkeit des Flugzeugs, der Form der Tragfläche (aerodynamisches Profil) und dem Anstellwinkel (der Winkel zwischen der Tragfläche und dem Luftstrom). Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt zur Aerodynamik erklärt, dass diese Kraft der Schlüssel ist, der so schweren Flugzeugen wie dem Airbus A380 (560 Tonnen bei voller Beladung) den Start ermöglicht.

Die Rolle des Tragflächenprofils

Eine Flugzeugtragfläche ist im Seitenprofil nicht symmetrisch. Die Oberseite (Extrados) ist gewölbt, die Unterseite (Intrados) flacher. Wenn die Luft auf die Vorderkante der Tragfläche trifft, teilt sie sich, der Teil, der oben vorbeiströmt, muss eine größere Strecke zurücklegen. Um sie in derselben Zeit zurückzulegen, beschleunigt er.

Hier kommt das Bernoulli-Prinzip ins Spiel, je höher die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit, desto geringer ihr Druck. Die Extrados, durchströmt von schneller Luft, ist im Unterdruck. Die Intrados, mit langsamerer Luft, ist im Überdruck. Diese Differenz erzeugt eine Nettokraft nach oben, den Auftrieb.

Die 4 Kräfte des Flugs

Vier Kräfte müssen ausbalanciert sein, um einen horizontalen Flug aufrechtzuerhalten. Der Focus zur Aerodynamik hat diese Mechanismen in mehreren populärwissenschaftlichen Beiträgen vorgestellt.

1. Der Auftrieb (↑)

Aufwärtsgerichtete Kraft, erzeugt durch die Tragflächen. Im horizontalen Flug ist er gleich dem Gewicht des Flugzeugs. Beim Steigen übertrifft der Auftrieb das Gewicht, beim Sinken ist er geringer.

2. Das Gewicht (↓)

Gravitationskraft, die auf das gesamte Flugzeug wirkt, Struktur, Treibstoff, Passagiere, Gepäck. Eine Boeing 777 kann beim Start bis zu 350 Tonnen wiegen, der Auftrieb muss all das ausgleichen.

3. Der Schub (→)

Von den Triebwerken erzeugte Kraft, um das Flugzeug voranzutreiben. Je schneller das Flugzeug ist, desto stärker steigt der Auftrieb. Um mehr über die erreichten Geschwindigkeiten zu erfahren, Wie schnell fliegt ein Verkehrsflugzeug ?.

4. Der Widerstand (←)

Aerodynamischer Widerstand, der der Bewegung entgegenwirkt. Die Ingenieure minimieren ihn über die Form des Rumpfes, die Winglets (Flügelspitzen), das einziehbare Fahrwerk und so weiter.

Die Bedeutung der Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit ist der Motor des Auftriebs. Bei zu geringer Geschwindigkeit wird der Auftrieb unzureichend, um das Gewicht zu tragen, das ist der Strömungsabriss (Stall). Beim Start schieben die Triebwerke das Flugzeug bis zur Rotationsgeschwindigkeit (etwa 250 bis 300 km/h für ein Verkehrsflugzeug), bei der der Auftrieb ausreicht, um das Flugzeug abzuheben.

Im Reiseflug wird die Geschwindigkeit aufrechterhalten, um Auftrieb und Gewicht in großer Höhe auszubalancieren, wo die Luft dünner ist. Um zu verstehen, wie die Höhe diese Berechnungen beeinflusst, Wie hoch fliegt ein Verkehrsflugzeug ?.

Und wenn die Triebwerke ausfallen ?

Das ist die Frage, die sich viele ängstliche Passagiere stellen. Die Antwort ist beruhigend, ein Flugzeug ohne Triebwerk fällt nicht, es gleitet. Der Auftrieb wirkt weiter, solange das Flugzeug vorwärts kommt. Das Konzept der Gleitzahl, die horizontal pro verlorenem Höhenmeter zurückgelegte Strecke, erklärt, warum moderne Flugzeuge über Dutzende Kilometer gleiten können. Alles im Detail in unserem Artikel, Die Gleitzahl eines Flugzeugs.

FAQ, Wie fliegt ein Flugzeug ?

Warum kann ein schweres Flugzeug starten ?

Weil der Auftrieb mit der Tragflächenoberfläche und dem Quadrat der Geschwindigkeit skaliert. Sehr große Tragflächen (wie die des A380), kombiniert mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit, erzeugen einen Auftrieb, der mehrere Hundert Tonnen übersteigt.

Was ist ein Strömungsabriss ?

Der Strömungsabriss tritt auf, wenn der Anstellwinkel zu hoch ist und sich der Luftstrom an der Extrados löst. Der Auftrieb fällt abrupt. Es ist eines der am meisten trainierten Notfallverfahren der Piloten. Moderne Flugumhüllungs-Schutzsysteme machen den unbeabsichtigten Strömungsabriss bei kommerziellen Flugzeugen praktisch unmöglich. Die Zeit zur Flugsicherheit hat dazu mehrere Artikel veröffentlicht.

Kann eine Tragfläche im Flug brechen ?

Unter normalen Bedingungen nicht. Die Tragflächen sind so konzipiert, dass sie Belastungen weit über denen widerstehen, die selbst bei den heftigsten Turbulenzen auftreten. Biegetests im Werk biegen die Tragflächen bis zu 90° vor dem Bruch, weit jenseits dessen, was im Betrieb vorstellbar ist.

Möchtest du selbstbewusst fliegen ?

Mache unseren kostenlosen Fragebogen, Flugangst testen.

Oder steige in unsere Online-Ausbildung ein, um deine Flugangst zu verstehen und zu beherrschen.