Fliegen

Warum fliegt ein Flugzeug?

Ein Heißluftballon steigt hoch, weil warme Luft leichter ist als kalte. Dieser Effekt kommt bei einem Flugzeug nicht zum Tragen. Was also hält den Flieger in der Luft?

Von Harald Brenner

Der Bernoulli-Effekt

Schon früh holte sich der Mensch die entscheidenden Impulse aus der Natur. Es musste irgendwas mit der Flügelform zu tun haben, warum Vögel so akrobatisch durch die Luft schwebten. Das jedenfalls ahnte vor rund 500 Jahren auch schon das Universalgenie Leonardo da Vinci.

Aber es sollte noch weitere 400 Jahre dauern, ehe Otto Lilienthal den ersten bemannten Flugapparat baute und erfolgreich einen Hang hinuntersegelte.

Der Schweizer Physiker Daniel Bernoulli beschrieb im 18. Jahrhundert einen Effekt, der zur entscheidenden Grundlage für modernes Fliegen wurde: Strömende Flüssigkeiten und Gase üben einen geringeren Druck auf ihre Umgebung aus als ruhende. Je höher die Geschwindigkeit, desto kleiner der Druck.

Ein einfacher Versuch, den jeder zu Hause ausprobieren kann, zeigt diesen Effekt: Hält man ein Blatt Papier an einer Seite jeweils an den Ecken fest, hängt das Blatt in einem Bogen herunter.

Bläst man jedoch oben über den Papierstreifen, dann ist dort die Geschwindigkeit der Luft größer als unten, wo sich die Luft nicht bewegt. Dadurch wird der Druck an der oberen Seite herabgesetzt. Der höhere Druck an der Unterseite drückt nun das Blatt nach oben.

Das Zauberwort: Asymmetrie

Schaut man sich einen Flugzeugflügel im Profil an, sieht man, dass er einen asymmetrischen Querschnitt besitzt: Die Flügelunterseite ist fast gerade, während die Oberseite gewölbt ist. Der Luftstrom hat unten einen kürzeren Weg als oben, das heißt, oben strömt die Luft schneller. Nach Bernoulli heißt das nichts anderes, als dass der Druck oben geringer ist als unten – es entsteht also Auftrieb.

Ein weiterer Faktor – und für manche Experten sogar der entscheidendere – ist der Auftrieb, der durch leichtes Anstellen der Flügel entsteht. Durch die leichte Schrägstellung drückt der Flügel die vorbeigleitende Luft nach unten, was eine entsprechende Gegenkraft erzeugt. Der so erzeugte Auftrieb lässt übrigens auch Drachen steigen.

Und auch bei Kunstflugzeugen, deren Flügel ein symmetrisches Profil aufweisen, ist er von entscheidender Bedeutung. Hier wird der Auftrieb allein durch den Anstellwinkel erzeugt, was auch den Flug kopfüber ermöglicht.

Mindestgeschwindigkeit erforderlich

Jedes Flugzeug braucht, abhängig von Gewicht und tragender Fläche, eine bestimmte Mindestgeschwindigkeit. Beim Unterschreiten dieser Geschwindigkeit wird der Flügel nicht mehr glatt umflossen und die Strömung reißt ab. Das Flugzeug hat dann nicht mehr genügend Auftrieb und fällt wie ein Stein vom Himmel.

Manchmal werden die Strömungsverhältnisse auch absichtlich verändert. Dies ist zum Beispiel während der Landung üblich, um die Landegeschwindigkeit zu verringern. Zum einen kann der Pilot durch das Ausfahren der Landeklappen praktisch die Wölbung des Flügels verstärken und bei machen Flugzeugtypen auch die Fläche des Flügels vergrößern.

Jeder, der schon mal bei der Landung eines Düsenjets am Fenster gesessen hat, kennt das hydraulische Ausfahren der Flügelverlängerung. Beide Maßnahmen erhöhen den Auftrieb und ermöglichen dadurch das Absenken der Landegeschwindigkeit.

Bei einem Jumbojet beträgt sie etwa 270 Kilometer pro Stunde. Ohne Hilfsmittel müsste der Riesenvogel mit fast 400 Kilometer pro Stunde aufsetzen.