Fliegen im Flachwasserbett
Um Strömungen zu erforschen, sind Flachwasserkanäle in Wissenschaft und
Lehre ein probates Mittel. Wozu aber beim Fliegen, wo es doch den
Windkanal gibt? Für das Fliegen ist das Flachwasserbett die einzige
Möglichkeit, die Vorgänge experimentell im natürlichen
Koordinatensystem, also in originaler Form, durchzuführen. Der
Windkanal zeigt das Fliegen nur aus Sicht des Flugzeuges, also aus der
Bewegung, so daß alle beobachteten Luftbewegungen mit der
Bewegungsgeschwindigkeit des Beobachters überlagert sind. Dadurch
werden die sehr viel kleineren, für das Fliegen aber wesentlichen
Luftbewegungen fast unsichtbar. Das
Koordinatensystem des Windkanals ist ein relatives und nicht das
originale und für diese Vorgänge absolute oder natürliche. Das führte
letztlich zur Geburt einer falschen Flugtheorie. Die beim Fliegen
entstehenden Luftströmungen in interessierenden Schnitt-Ebenen lassen
sich im Flachwasserbett absolut beobachten. Das Wasser wird dazu mit
Glitzerteilchen versehen, so daß bei
Langzeitphotoaufnahmen Streifen als Strömungslinien entstehen. Ein solches
"Strömungsmeßgerät" kann ohne weitere Hilfsmittel betrieben und mit
Finanzmitteln unter hundert Euro gebaut
werden, ist also ideal für Schulen.
Das folgende Experiment untersucht, was in einer vertikalen
Schnittfläche durch die Luft und den Tragflügel längs der Flugbahn
eines Flugzeugs geschieht. Diese vertikale Schnittfläche ist in
folgender
Skizze blau dargestellt. Die gedanklich aus der Luft und Flügel
ausgeschnittene dünne Fläche
wird durch das Wasser im Wasserbett ersetzt. Beim Durch"flug" des
Flügels mit seinem Profil durch das Wasserbett sind dann die Bewegungen
zu sehen, die unsichtbar auch in der blau gekennzeichneten
Schnittfläche der Luft stattfinden.
Das Flachwasserbett wurde
mittels eines Bettkastens hergestellt, der mit dunkler Farbe gestrichen
wurde, um die hellen Papierlocherplättchen sehen zu können. Die "Nähte"
des Kastens wurden mit Silikon dicht gespritzt. Seine Abmessungen sind
1,15 m mal 0,75 m. Die Wassertiefe war ca. 4 cm. Das Versuchsprofil ist
ein Holzbrettchen 12 cm lang und 8 mm dick. Vorne gerundet und hinten
spitz nach unten auslaufend. Es ist an einer 2 m langen Schiene
befestigt, die für eine gerade Bewegung des Flügelprofilbrettchens
gegen einen Anschlag gedrückt werden kann. Als Kennzeichnung der
Wasserbewegungen sind auf das Wasser Konfettiteilchen gestreut. Sie
haben allerdings den Nachteil, daß sie langsam untergehen und auf dem
Boden dann so haften, daß sie die nur leichten Wasserbewegungen nicht
mehr mitmachen und dann als scheinbarer "Sternenhimmel" auf dem
Strömungsbild erscheinen. Die für den Versuch wesentlichen Teile sind
im folgenden Photo zu sehen. Das Profilbrettchen liegt beim Verschieben
auf dem Boden der Wanne auf.
Der Ablauf des Versuchs
ist wir folgt: Die Schiene mit dem das Flügelprofil darstellenden
Brettchen wird auf die Startposition gelegt. Die über dem Wasserbett
angeschraubte Kamera wird gestartet, eine knappe Sekunde danach wird
die Schiene mit dem Brettchenprofil zügig schnell verschoben, eine
knappe Sekunde an der Stelle belassen, so daß auch hier ein Abbild des
Profils auf dem Bild entsteht, und dann schnell heraus gehoben und aus
dem Bild entfernt. Die Belichtungszeit in diesem Versuch war 16
Sekunden, wozu das Zimmer auch abgedunkelt werden mußte.
Das Brettchenprofil ist auf dem langzeitbelichteten Bild an Start- und
Endposition zu sehen. Ebenfalls die Führungsschiene. Der kleine
Anstellwinkel kann aus dem Bild heraus gemessen werden.
Dieses Experiment zeigt
die wahren, absoluten
Bewegungen, die der Luft beim Fliegen durch einen Flügel in einer
vertikalen Schnittfläche längs zur Flugbahn erteilt werden. Der
Luft werden von einem Tragflügel Bewegungen nach dem
kinetischen Prinzip mittels Energiezufuhr erteilt. Diese im Wasserbett zu sehenden
tatsächlichen
von einem Flügel erzeugten Bewegungen
der Luft sind für das Fliegen ursächlich.
Das Strömungsbild entsteht aus Vorgängen in drei Bereichen. Die
Ursprungsbewegung der Luft ist die zwischen den Positionen des
Flügelprofils auf der "Flug"-Strecke dieses sehr kurzen
Start-Stop-Fluges. Es ist eine
nach unten in Gang gesetzte Strömung, mechanisch durch die Bewegung des
schräg angestellten Flügelbrettchens erzeugt.
(Dieser Vorgang ist identisch mit dem, den wir in senkrechter Lage im
Wasser mit kurzen "Flügen" unserer Handflächen
mittels Armschwenkbewegungen machen, um nicht unter zu
gehen.) Diese
erzeugte Ursprungsströmung löst die
beiden anderen Luftbewegungen, die im Bild alles überblendenden beiden
Wirbelkreisströmungen, als Folge
aus. Der Bereich
der Ursprungsbewegung reicht in der Realität natürlich vom Startort bis
zum Landeort, was die beiden Wirbel dann unscheinbar klein werden
läßt. Die Beschleunigungskraft zur Erzeugung
der Ursprungsluftströmung nach unten stellt das Gewicht des Flugzeuges.
Sie ist die
Aktionskraft
des Geschehens Fliegen. Die Reaktionskraft ist die Rückstoßkraft der
sekündlich nach
unten beschleunigten Luftmasse und heißt Luftkraft. Die Luftkraft steht senkrecht auf
der Fläche des angestellten Flügels. Der vertikale Anteil der Luftkraft
ist
die Auftriebskraft. Das
ist das ganze Geheimnis des Fliegens und seine korrekte physikalische
Theorie.
Warum entstehen diese Wirbel?
Die Wirbel entstehen an den Stellen, an denen sich die zuvor
beschriebene vom Flügel erzeugte Abwärtsströmung mit der
benachbarten Luft berührt, also rechts am Beginn der Bewegung des
Flügels und links
am Ende. Der rechte Wirbel am Startort heißt Anfahrwirbel, der
linke um das Flügelprofil herum heißt Profilwirbel. Ursache für die
Entstehung der Wirbel ist, daß die vom Flügel erzeugte
Luftbewegung nach unten die dortige Luft verdrängt und dafür von oben
Luft
nachsaugt. Das Verdrängen und Nachsaugen geht natürlich nicht nur
senkrecht, sondern oben wie unten schnell auch zur bzw. von der Seite.
Ursache von Wirbeln ist ausschließlich in Bewegung
versetzte Luftmasse innerhalb umgebender.
Andere Ursachen für Wirbel gibt es nicht Würden die Wirbel nach
Schullehre dadurch entstehen, daß Luft durch den Überdruck unter dem
Flügel seitlich zum Unterdruck über dem Flügel strömen, dürften sie
nicht absinken können. Dazu ist nämlich ein entsprechender Impuls nötig,
der bei dieser Schulentstehung aber nicht erfolgt. Einem Photographen gelang
eine Aufnahme in der Natur, wo Wirbel zwar
nicht in Längsrichtung einer Flugbahn sichtbar sind, sondern in der
Querschnittsfläche durch die Flugbahn. Da
entstehen die Wirbel aus gleicher Ursache, nur diesmal an den
seitlichen Grenzen der vom Flügel erzeugten Abwärtsströmung, also
rechts und links der Flugbahn. Die
pro Sekunde absinkende gesamte Wirbelmasse (aus durch Nebel sicht- und
ohne unsichtbare Teile) beider Wirbel, angeschoben durch das
Flugzeug zur Auftriebskraftenstehung, ist mehr als doppelte so groß wie
die Masse
des Flugzeuges selbst! Deutlich ist das
Ansaugen von
Luft von
oben zu sehen, was nach Schullehre gar nicht erfolgen dürfte. Der
Link:
Die wissenschaftliche Betrachtung der Theorie des Fliegens.
Im folgenden Bild sind die einzelnen Luftbewegungen aufgezeigt, die das
Fliegen ermöglichen. Das
Geschehen Fliegen besteht aus nur zwei Objekten: dem Flugobjekt,
reduziert auf den Flügel, und der Luft. Als drittes unsichtbar
Funktionelles ist die Schwerkraftwirkung vorhanden. Ohne sie
bräuchte man nicht
fliegen, man schwebte ja sowieso. Will man also die Theorie des
Fliegens
erstellen bzw. verstehen, so müssen diese drei Dinge in einem Bild, das heißt in einem Koordinatensystem, vereint
sein. Das ist ein physikalisches Gesetz, das z. B. der Windkanal nicht
einhält.
Der weiße
horizontale Pfeil von
rechts nach links ist die Bewegung des
Flügels. Der Kreis mit den Pfeilen steht stellvertretend für alle
einzelnen Luftteilchen, die sich im Kreis um das Ende der Flugbahn
drehen. Die vertikalen blauen Pfeile stellen den
Ursprungsluftstrom dar, der vom angestellten Flügel mit Energiezufuhr
in die Luft geometrisch kinetisch erzeugt wurde und der in Folge die Wirbel gebären läßt. Der Profilwirbel ist um das Flügelprofil gezeichnet, obwohl er auf
Grund der langen Belichtungszeit nach Entfernen des Profils etwas nach
links gewandert ist. Das
rot Eingekastelte dient dem nachfolgenden Text. Die genannten
Bewegungsvektoren von Flügel und Luft stellen die visuelle
Theorie des Fliegens dar. Aus ihr lassen sich Formeln für die Technik
gewinnen. Die
Berechnung daraus für
die Luftkraft bzw. den Auftrieb findet sich hier in "Aerokinetische
Grundformel".
Der
folgende im zuvorigen Gesamtbild rot gekennzeichnete
Ausschnitt ist der, der
im Windkanal
sichtbar ist und zu der Bernoullitheorie für das Fliegen
führte. Für den Windkanal gilt:
Im nicht natürlichen Koordinatensystem des Windkanals als nur Ausschnitt des Gesamtvorganges Fliegen mit der Vertauschung der Bewegungen von Luft und Flugzeug, was eine Vertauschung von Ursache und Wirkung bedeutet, ist es
grundsätzlich unmöglich, die physikalisch richtige Theorie des Fliegens
zu finden
Deswegen wurde sie dort auch nicht gefunden. Johann
Wolfgang von Goethe stellte schon fest: "Zur
Einsicht in der geringsten Teil ist
die Übersicht über das Ganze nötig".
Der Windkanal mit seiner einengenden Sicht dient nur der Technik, die
auf Grund des unbekannten Prinzips
des Fliegens dementsprechend komplex ist, nicht desto trotz aber
erfolgreich. Der Windkanal
ist
für die
Technik unverzichtbar, da der Tausch der Flügel- gegen die Luftbewegung
es ermöglicht, den Flügel auf eine Waage zu stellen, um Kräfte und
Momente stationär messen zu können. Für die Kräfte ist es egal, wer
sich bewegt,
Flügel oder Luft. Für die Physik ist das jedoch
überhaupt nicht egal, sondern das entscheidende notwendige Wissen über
den Naturvorgang Fliegen, denn: wer sich bewegt und wer nicht führt zur Erkenntnis, was Ursache
und was Wirkung ist! Die
Ursache des Fliegens ist eine Bewegung des Flügels
gegenüber der Luft und nicht umgekehrt. Ein Flugzeug muß dazu auch
Energie in die Luft einbringen, um sie, wie nur im Gesamtbild zu sehen,
nach unten beschleunigen zu
können. Die "Theorie" der Technik besteht ausschließlich aus
meßtechnisch gefundenen quantitativen Korrelationen der Werte der im
Windkanal vorkommenden physikalischen Größen. Der Funktionismus dieser
Art "Theorie" ist hier im Kapitel "Das Ei" aufgezeigt.
Die
im Bild
noch
enthaltenen absoluten Wirbelkreisbewegungen, die aus
dem Gesamtbild stammen, sind unsichtbar auch im Windkanal wirksam. Aus
der mit dem Flügel mitreisenden Beobachtung eines in der
Luft stationären Luftteilchens ergibt sich für dieses eine Bahn, die
im
Bild weiß dargestellt ist. Diese Bahn ist aber keine Bewegung des
Luftteilchens, sondern nur die Optik auf ein Luftteilchen aus der Vorbeibewegung des Beobachters. die
"Bahn " entststeht nur durch die Bewegung des Beobachters. Das
Luftteilchen bleibt prinzipiell auf seinem Platz in der Luft. Der im Windkanal und aus dem Flugzeugfenster nicht sichtbare Profilwirbel
hebt ein Luftteilchen vor dem Flügel an, läßt es über ihm schneller
scheinbar vorbei huschen und senkt es hinter dem Flügel ab. So entsteht die
eingezeichnete weiße nicht wirkliche "Bahnlinie" eines
Luftteilchens
im Windkanal. Die absoluten Bewegungen zweier Luftteilchen beim
Vorbeiflug eines Tragflügels siehe hier im Kapitel "Physik des
Fliegens". Sie können auch im Flachwasserbett so erzeugt werden.
Ob Theorien
richtig oder falsch sind, beweist sich nicht dadurch, ob
daraus entstehende Formeln zu quantitativ richtigen Ergebnissen führen,
was aber allgemeiner Glaube ist. (Für die Gravitation gibt es z. B. fünf ganz
unterschiedliche physikalische Theorien mit auch fünf unterschiedlichen
Mathematiken, die trotzdem alle zum gleichen quantitativ richtigen
Ergebnis
führen. Das beweist unwiderlegbar, daß Mathematik in der Physik
überhaupt nichts beweisen kann.) Theorien beweisen sich ausschließlich
physikalisch damit, daß sie alle Fragen beantworten können. Die
Bernoullitheorie kann die Originalbewegungen der Luft im ersten Bild
nicht erklären, womit sie unrettbar falsch ist.
Der
konkrete wissenschaftliche Fehler der Bernoullitheorie ist, daß sie
Geschwindigkeitsvektoren aus zweierlei Koordinatensystemen addiert. Das
ist in der Physik neben dem Tausch von Ursache und Wirkung der kapitalste Fehler, der überhaupt möglich ist. Es
werden die Luftgeschwindigkeit aus dem Koordinatensystem des
Windkanals, die es im Koordinatensystem der Natur im ersten
Bild gar nicht gibt, und
die
Geschwindigkeit des Profilwirbels, der sich um das Flügelprofil dreht
und aus dem Originalkoordinatensystem der Luft kommt, addiert. Eine
Theorie darf aber nur Größen aus einem Koordinatensystem
beinhalten. Die Geschwindigkeit der Luft im Windkanal ist keine wirkliche Bewegung der Luft,
sondern nur der Fahrtwind, also eine nur fiktive Bewegung: das
Flugzeug bewegt sich und nicht die Luft, so wie es das Original der
Natur im ersten Bildes aufzeigt. Ganz wissenschaftlich: Die
Geschwindigkeit der Luft im Koordinatensystem Windkanal ist eine
invariante Größe, da im originalen Koordinatensystem nicht vorhanden.
Die Geschwindigkeit der Luft im Koordinatensystem Windkanal ist die
Geschwindigkeit des Beobachters und damit die, die die
Koordinatensysteme unterscheidet. Ein Marienkäfer auf einem Flügel
sieht und fühlt die Luft über sich
hinweg ziehen, wie ein Pilot auf offenem Sitz auch. Nachts sehen wir
auch die Sterne über uns hinweg ziehen. Alles das ist real, aber nicht
wahr! Für die Sterne wissen wir das nach 1500 Jahren wieder
einmal (im
Altertum war es schon mal bekannt), bei der Luft am Flugzeug wissen
wir es nach nun schon einhundert Jahren Fliegen immer noch nicht, trotz
unserer
heutigen Aufgeklärtheit. Die Wahrheit des Fliegens heißt:
Eine Strömung von Luft gibt es an einem Flügel nicht!!!
"Strömung" ist eine Fehlinterpretation aus dem Windkanal. Es ist
nur der Fahrtwind als NICHT-Strömung! Deswegen kann in der Luft auf Grund der Fluggeschwindigkeit auch
kein Bernoullieffekt entstehen. Ein Flugzeug fliegt, wie im ersten Bild
dargestellt, nach Newton´s Kraftgesetzen. Mit seiner
Gewichtskraft als Aktionskraft drückt es durch eine geometrische
Anstellung seiner Flügel und seiner Vorwärtsbewegung Luftmasse
stetig an fortschreitend neuer Stelle nach unten. Die Rückstoßkraft daraus ist die Luftkraft, der vertikale
Anteil davon die Auftriebskraft. Insekten beschleunigen Luft nicht
stetig nach unten, sondern rhythmisch mit ihren Flügelschlägen. Dabei
entstehen Wirbel bei jedem Flügelschlag als Folge der abwärts einzeln in Bewegung versetzten Luft"pakete".
Erstaunlich ist, daß die Bereiche der in Bewegung versetzten
Luftmengen so riesig sind. In der Wanne kreist das Wasser
auf der gesamten Fläche und stößt dabei noch an die Ränder. Besonders
beim Anfahrwirbel ist zu sehen, wie er von der Größe der Wanne
eingeengt und fast viereckig wird. Das erklärt schon einmal, warum der
Bodeneffekt bis zu einer Flughöhe in der Größe der Spannweite eines
Flugzeugs wirkt. Es eröffnet aber auch, daß, wie im TV gesehen,
Versuche in einem Vollwasserbad mit dem Airbus 380 nicht aussagekräftig
sein können, da sich das Modell nur knapp unter der Wasseroberfläche
befand. Das enge Denken aus der falschen Bernoullitheorie bis maximal
zur Entfernung einer Profillänge um einen Tragflügel herum ist weit von
der Wirklichkeit entfernt und physikalisch völlig falsch. Für dieses nur 12 cm lange Flügelprofil
ist die Wasserwanne von
über einem Meter Länge und einem drei Viertel Meter Breite noch zu
klein. Das ist nach der Bernoullitheorie völlig unerwartet und beweist
auch damit ihre Unrichtigkeit.
Die Wasserbewegungen waren live kaum zu sehen, da sie überwiegend sehr
langsam sind. Erst das Langzeitbild eröffnet, was sich da wirklich
abspielt. Das entspricht auch der Realität. Die schnelle Bewegung der
Schiene bzw. des Profils betrug geschätzt etwa 5 m/s. Bei 5°
Anstellwinkel ergibt sich eine Geschwindigkeit in Richtung unter das
Profil von knapp 0,5 m/s. Diese größte Geschwindigkeit liegt zwischen
den Wirbeln auf einer bis in die Unendlichkeit reichenden Flugbahn vor.
Bei einer realen Fluggeschwindigkeit von z. B. 100 m/s im Reiseflug
(360 km/h) ist die vertikale Geschwindigkeit der von den Flügeln
abwärts gestoßenen Luftmasse 5-10 m/s, liegt also im etwa gleichen
Verhältnis wie im Experiment. Mit wachsenden Radien und Entfernungen
nach oben wie unten werden die Luftbewegungen immer langsamer.
flugtheorie.de