Warum fliegt denn nun ein Flugzeug?

[surf_dude]

Hallo erstmal,
Ich bin seit geraumer zeit am recherchieren, warum ein Flugzeug fliegt.
Für einen 10 minütigen Vortrag im physik unterricht war ich am anfang froh, gleich eine Antwort gefunden zu haben (Druckdifferenz-erklärung)
Nun habe ich aber herausgefunden, dass es insgesamt drei Ansätze dafür gibt (Rückstoßerklärung & Zirkulationsströmungserklärung), warum ein Flugzeug fliegt. Alle von ihnen klingen in ihrem Gebiet plausibel, jedoch fühl ich mich ein bisschen überfordert, in 10 minuten alle drei Ansätze mit herleitung vorzustellen.
Gibt es sowas wie ein "Super-Ansatz", der das wichtigste aus allen dreien zusammenfasst? Vor allen dingen, würde mich interessieren, welcher Wahrheits & Realitätsgehalt in jedem der drei Ansätze drinsteckt und welchen der drei würdet ihr für eine 12 klasse neigungskurs physik empfehlen?
Vielen Dank schonmal für antworten
Lg surf_dude

 

[texastomcat]

Wenn der Herr Newton und der Herr Bernoulli mal zusammen ein Bier trinken gehen ...

 

[Damage]

Wenn der Herr Newton und der Herr Bernoulli mal zusammen ein Bier trinken gehen ...

"off topic"
Sehr schön :D
"off topic"

http://de.wikipedia.org/wiki/Aerodynamik

 

[pilotf4f]

(Druckdifferenz-erklärung)
Nun habe ich aber herausgefunden, dass es insgesamt drei Ansätze dafür gibt (Rückstoßerklärung & Zirkulationsströmungserklärung)...


Warum denn so kompliziert? Ganz einfache Physik. Wenn du die o.g. Anhaltspunkte schon mal hast, isses eigentlich ganz simpel. Die Tragfläche eines Flugzeuges erzeugt aufgrund ihrer Form (oder auch Profilsehne) einen Auftrieb. Nimmt das Flugzeug Fahrt auf, entsteht unterhalb der Tragfläche ein Überdruck, während auf der Oberseite ein Sog entsteht. Durch Steuerflächen, Spoilerklappen und Höhenruder wird dieser Effekt noch verstärkt und das Flugzeug hebt nach einer spezifischen Geschwindigkeit ab.

Da die Steuerkräfte in modernen Jets aufgrund des darauf treffenden Luftdruckes enorm hoch sind, gibt es sog. Feel Systems, die die Steuerbefehle unterstützen. Vergleichbar mit der Servolenkung eines PKW. Sog. Rolldämpfer verhindern auch ein übersteuern des LFz bei zu raschen Steuerbewegungen. Dies Rolldämpfer werden über Pumpen gesteuert, die leicht einen Druck von 4000 psi innehaben und verhindern ein zu sensibles Ausfahren der Spoiler.
Gesteuert wird mit Höhen und Seiten, sowie Querrudern.
Gebremst wird mit Luftbremsen.

Im Starfighter waren teilweise noch über Seilzüge, teilweise hydraulisch betätigte Ruder.
Die F16 könnte laut Physik gar nicht von allein fliegen. Dieser Jet wird neben dem Piloten durch ständige Steuerkorrekturen eines Rechners der Luft gehalten. Man nennt sie auch den elektrischen Jet.

 

[surf_dude]

Das klingt alles sehr einfach, ich hab da auch ne Formel zum Auftrieb gefunden, ist die richtig?
A = rho * S * v3 * (sin a)2 * (cos a)2 * 1 sec
Wenn ja wär das toll weil Physik + Formel =

 

[pilotf4f]

Hallo erstmal,
Ich bin seit geraumer zeit am recherchieren, warum ein Flugzeug fliegt.
Für einen 10 minütigen Vortrag im physik unterricht war ich am anfang froh, gleich eine Antwort gefunden zu haben (Druckdifferenz-erklärung)
Nun habe ich aber herausgefunden, dass es insgesamt drei Ansätze dafür gibt (Rückstoßerklärung & Zirkulationsströmungserklärung), warum ein Flugzeug fliegt. Alle von ihnen klingen in ihrem Gebiet plausibel, jedoch fühl ich mich ein bisschen überfordert, in 10 minuten alle drei Ansätze mit herleitung vorzustellen.
Gibt es sowas wie ein "Super-Ansatz", der das wichtigste aus allen dreien zusammenfasst? Vor allen dingen, würde mich interessieren, welcher Wahrheits & Realitätsgehalt in jedem der drei Ansätze drinsteckt und welchen der drei würdet ihr für eine 12 klasse neigungskurs physik empfehlen?
Vielen Dank schonmal für antworten
Lg surf_dude

Das klingt alles sehr einfach, ich hab da auch ne Formel zum Auftrieb gefunden, ist die richtig?
A = rho * S * v3 * (sin a)2 * (cos a)2 * 1 sec
Wenn ja wär das toll weil Physik + Formel =

Nicht schlecht. Wenn du mir und den andern jetzt noch erklärst, was das heißt, sind wir alle gleich vieeeel schlauer.
Dann leg mal los

 

[surf_dude]

Ui ähh jaaa hm:?!
also ich habs hier mit ausführlicher erklärung gefunden http://www.flugtheorie.de/15SCHULE.HTM
Also es is ne zusammensetzung aus der Staudruckformel und der neigung der Tragfläche soweit ich weiß...
Allerdings weiß ich leider nich wie vertraulich das is was die da schreiben.
Aber klingt doch gut, oder? :D

 

[pilotf4f]

Ui ähh jaaa hm:?!
also ich habs hier mit ausführlicher erklärung gefunden
Also es is ne zusammensetzung aus der Staudruckformel und der neigung der Tragfläche soweit ich weiß...
Allerdings weiß ich leider nich wie vertraulich das is was die da schreiben.
Aber klingt doch gut, oder? :D

Hochinteressant.... Nur fliegen ist schöner. Jungejunge. Man kann auch das Brennen einer Kerze ver - theoretisieren....
nichts für ungut, aber versuchs mal einfacher. Das erleichtert ungemein.

 

[Schorsch]

Ein Flugzeug fliegt, weil die Form der Tragflächen Luft nach unten ablenkt. Im Sinne der Impulsbilanz im geschlossenen System fliegt das Flugzeug. Erklärungsansätze mit Druckdifferenz und Zirkulation sind nicht falsch, nur packen sie die Frage auf einer anderen Ebene an. Hier im Forum sind bereits Themen dazu, mal suchen gehen. Die Sache bitte nicht zu kompliziert machen, es ist im Prinzip ganz einfach.

 

[RESI]

Gesteuert wird mit Höhen und Seiten, sowie Querrudern.
Gebremst wird mit Luftbremsen.

Im Starfighter waren teilweise noch über Seilzüge, teilweise hydraulisch betätigte Ruder.
Die F16 könnte laut Physik gar nicht von allein fliegen. Dieser Jet wird neben dem Piloten durch ständige Steuerkorrekturen eines Rechners der Luft gehalten. Man nennt sie auch den elektrischen Jet.

Hallo,
bei der F 104 waren alle Ruder Hydraulisch betätigt, die Ansteuerung der Servos war teilweise über Gestänge/Seilzüge. Die Flügelklappen wurden elektrisch gefahren und die Speedbrakes waren ebenfalls Hydraulisch. Es gab schon eine 3Kreiselanlage für alle Achsen und Elektronische Rechner für die Dämpfung angesteuert über Cadillac-Ventile.
Aber Aerodynamisch ist der Starfighter schon interessant, man sagt 2/3 seines Auftriebs bringt der Rumpf.
Wir müssen die Profilform und die Winkel (Einstell/Anstellwinkel) Klappen etc.und viele andere Dinge berücksichtigen, aber im Grunde reicht:
p+q= konstant q= rho/2 .v² wobei p=statischerdruck bedeutet.
Dann noch die fehlenden Parameter einfügen oder Wiki bemühen und schon klappt´s.
LG Resi

 

[Poze]

Warum fliegt denn nun ein Flugzeug?

So war die Eingangsfrage, die mir auch schon gelegentlich von Besuchergruppen unterschiedlichster Alters- und Bildungsstrukturen gestellt wurde. Ich erklär’s dann meist etwa so wie hier:
http://www.jetfriends.com/jetfriends/kids/
hier auf „Werkstatt“ und „Technik“ klicken.

Das aufzählen von Formeln suggerieren dem gemeinen Zuhörer zwar ein akademisches Wissen des Vortragenden, erklären aber nicht wirklich warum ein Flugzeug fliegt und wird als langweiliges Blah-blah aufgenommen.

 

[Togge]

@ surf dude

Lass von Dingen, die du nicht verstanden hast im Referat lieber die Finger.

Giovanni Battista Venturi entdeckte, dass in einem z.B. von Wasser durchströmten Rohr der statische Druck abnimmt, wenn das Wasser durch eine Engstelle fließt. Der statische Druck wird senkrecht zur Strömungsrichtung gemessen. Die Ursache dafür ist die höhere Strömungsgeschwindigkeit an der Engstelle. Der Staudruck nimmt daher zu und weil der Gesamtdruck konstant bleibt nimmt der statische Druck ab. Dieser Zusammenhang wurde von Daniel Bernoulli beschrieben und wird deshalb auch Gesetz von Bernoulli genannt.

http://de.wikipedia.org/wiki/Strömung_nach_Bernoulli_und_Venturi

http://experimentis.de/PagesVersuche/302BallSchwebt.html

Nach dem gleichen Prinzip erzeugt eine auf der Oberseite gewölbte Tragfläche einen Auftrieb. Entdeckt wurde das von Otto Lilienthal, als er die Flügeln von Störchen untersuchte.
Für die Luft ist die gewölbte Oberseite des Flügel praktisch auch eine Engstelle. Sie strömt dort schneller und daher nimmt der statische Druck ab. Auf der Oberseite der Tragfläche wird deshalb ca. 80% des Auftriebs erzeugt. Zwar kann auch ein schräg gestelltes flaches Brett Auftrieb erzeugen (das ist die Formel, die du gefunden hast, im Prinzip wie bei einem Drachen), das ist aber sehr ineffektiv.

http://de.wikipedia.org/wiki/Otto_Lilienthal

Allein mit Druckunterschieden lässt sich aber nicht alles erklären, was an einem Tragflügel passiert. Was es mit der Zirkularströmung auf sich hat, ist hier mit vielen Bildern recht verständlich erklärt.

http://www.leanderbrandl.at/unterricht/material/AERO_Aerodynamik_Bernoulli_Auftrieb.pdf

 

[Luftpirat]

Der "Superansatz"

Beim Physikunterricht (Neigungs-/Leistungs-Kurs) dürfen grds. auch ein paar Formeln mit ins Spiel kommen. Die haben wir hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Tragfläche#Funktionsprinzip

Ich würde aber jetzt hier nicht mit Steuerkräften und der Mechanik der Steuerelemente loslegen... es geht doch wohl eher um die physikalischen Grundprinzipien.

Da der Vortrag auf äußerst kurze 10 Minuten (600 Sekunden!) beschränkt ist, würde ich ihn mit ein paar anschaulichen Grafiken unterlegen. Zeit, um Formeln zu erklären, bleibt doch da überhaupt nicht - und die lieben Mitschüler sollen es womöglich ja auch noch schnallen, was man ihnen da erklärt, gell?!

Also lieber etwas leichtere Kost. Auch für Erwachsene anschaulich in Text und Grafiken erklärt wird das Phänomen z. B. hier: http://www.erklaert.de/warum/fliegen.htm

 

[Schorsch]

Warum fliegt denn nun ein Flugzeug?

So war die Eingangsfrage, die mir auch schon gelegentlich von Besuchergruppen unterschiedlichster Alters- und Bildungsstrukturen gestellt wurde. Ich erklär’s dann meist etwa so wie hier:
http://www.jetfriends.com/jetfriends/kids/
hier auf „Werkstatt“ und „Technik“ klicken.

Das aufzählen von Formeln suggerieren dem gemeinen Zuhörer zwar ein akademisches Wissen des Vortragenden, erklären aber nicht wirklich warum ein Flugzeug fliegt und wird als langweiliges Blah-blah aufgenommen.

Ne nette Seite. Einen Nachteil. Die Erklärung ist unvollständig, böse gesagt könnte man auch sagen falsch. So wie dargestellt würde das Flugzeug keinen Auftrieb erzeugen.

Auftrieb entsteht grob gesagt, weil die Luft bei Umströmung des Profils seine Richtung ändert. Es hat hinter dem Flügel eine Vertikalkomponente. Gemäß den Gesetzen der Physik muss diese irgendwo eine Gegenkraft haben. Dies ist dann der Auftrieb. Der Grund für die Richtungsänderung der Luft ist die Profilform und die Eigenschaft der Luft (wie aller Fluide), einer "Form" zu folgen und nicht einfach "gerade aus" zu strömen.

Die höhere Geschwindigkeit an der Oberseite ist Folge dieser Eigenschaft.

Hier noch mal mehr dazu:
http://www.flugzeugforum.de/forum/showthread.php?t=23229&highlight=Auftrieb

Aus dem Thread die Seite von Scott Eberhardt, der wo meinte, für einen Irakkrieg hätte man zwei Marsmissionen bekommen (das war Meinung Anfang 2005, inzwischen wäre wohl auch noch ein McDonalds auf dem Mond im Etat drin gewesen).
http://www.aviation-history.com/theory/lift.htm

Diese Erklärung hat auch den Vorteil, dass sie Elemente der klassischen Mechanik einbezieht, was den Physiklehrer Herzklopfen bereiten wird.

Ich empfehle des Weiteren wie einige meiner Vorposter Formeln aus der ganzen Geschichte wegzulassen. Man benötigt sie eigentlich auch nicht zur Erklärung des Phänomens Auftrieb, wohl aber für seine Berechnung (von der ich zum Beispiel keinen Plan habe).

 

[Schorsch]

Die F16 könnte laut Physik gar nicht von allein fliegen. Dieser Jet wird neben dem Piloten durch ständige Steuerkorrekturen eines Rechners der Luft gehalten. Man nennt sie auch den elektrischen Jet.

Doch doch. Das kann sie schon. Nur würde jede Störung sie aus der Bahn werfen. Auftrieb ist in erster Näherung ein statisches Problem und hat nichts mit statischer/dynamischer Längsstabilität eines Flugzeuges zu tun.

 

[L29]

@Pilotf4f: jedes Flugzeug auch die instabilen Flugzeuge (F16 und F117) könnten komplett ohne Computer fliegen (solange die Steuerflächen korekt und schnell angesteuert werden) solche Flieger sind nur schwieriger zu fliegen weil der Pilot neben normalen Tätigkeiten wie Kurs, Höhe halten evtl noch den Gegner im Auge behalten auch noch das Flugzeug stabil halten muss.
das gleiche gilt für Hubschrauber, die sind im Normalfall auch Instabil.

nur ein geringer Prozentsatz des Auftriebs entsteht durch die Krümmung der Tragfläche (je nach Profil im Durchschnitt etwa 10-25%) der Rest entsteht dadurch dass die Tragfläche einfach angestellt ist sprich die Luft die von vorne ankommt wird nach unten beschleunigt und drückt den FLügel nach oben, auch eine ebene Platte gibt einen guten Flügel ab, das beste Beispiel dafür sind die beliebten SHockFlyer
http://de.wikipedia.org/wiki/Shockflyer

 

[n/a]

@Pilotf4f: jedes Flugzeug auch die instabilen Flugzeuge (F16 und F117) könnten komplett ohne Computer fliegen (solange die Steuerflächen korekt und schnell angesteuert werden) solche Flieger sind nur schwieriger zu fliegen weil der Pilot neben normalen Tätigkeiten wie Kurs, Höhe halten evtl noch den Gegner im Auge behalten auch noch das Flugzeug stabil halten muss.
das gleiche gilt für Hubschrauber, die sind im Normalfall auch Instabil.

Tests haben gezeigt, dass es keine fünf Minuten dauert, bis der Pilot mit der Steuerung total überfordert ist und das Flugzeug dann irgendwo crasht...

Und die Stabilität von Flugzeugen mit der von Hubschraubern zu vergleichen ist so ungefähr das gleiche wie Äpfel mit Birnen zu vergleichen.

 

[pilotf4f]

Ich habe es gelesen als auch gehört, und das von verschiedenen Quellen, daß die F16 ein völlig flugunfähiges LFZ ist, die ohne einen Hochleistungsrechner nicht flugfähig wäre. Den Piloten möchte ich sehen, der hier gegensteuert.

@ L29 : Davon bin ich ganz und gar nicht überzeugt.

 

[pilotf4f]

Hallo,
bei der F 104 waren alle Ruder Hydraulisch betätigt, die Ansteuerung der Servos war teilweise über Gestänge/Seilzüge. Die Flügelklappen wurden elektrisch gefahren und die Speedbrakes waren ebenfalls Hydraulisch.
Dann noch die fehlenden Parameter einfügen oder Wiki bemühen und schon klappt´s.
LG Resi

Hi Resi,

ich sagte ja "teilweise Hydraulisch" betätigt. Und Parameter dachte ich mir kann ich mir schenken. Oder war das ein Mißverständnis? Wir wollen die Sache ja nicht verkomplizieren. So schwierig ist das Thema, wie man ein Stück Eisen in die Luft kriegt auch nicht.
Und daß oben ein Unterdruck und das Gegenteil unter dem Tragflügel entsteht, ist allgemein bekannt und braucht keine tausend Verlinkungen.
Ich finde die vielen Antworten dennoch nett und die Hilfestellungen.
Ich für meinen Teil lerne auch immer dazu. In kleinen, aber netten Schritten. Auch über Deine relativ kurze, aber ergibige Antwort. Vielen Dank dafür.

 

[Bleiente]

.... Gibt es sowas wie ein "Super-Ansatz", der das wichtigste aus allen dreien zusammenfasst? ....

Ja, nähere Dich dem Thema doch einfach von der anderen Seite. ;)

Ein Flugzeug fliegt weil der Mensch es will !