Profile

Fliegen wird dadurch möglich, daß Luftmasse nach unten beschleunigt wird. Das geschieht durch bewegte angestellte Flächen nach dem Prinzip der schiefen Ebene. Die Gestalt dieser Flächen ist physikalisch nicht eingeengt. Das Grundsätzliche dazu zeigt die folgende Skizze. Die Fläche ist eine ebene Platte mit einem Anstellwinkel gegenüber ihrer Bewegungslinie, um Luft nach unten zu bewegen. Der übliche Anstellwinkel ist in der Realität etwa halb so groß wie hier gezeichnet.

Für die Technik ist die ebene Platte keine Lösung. Sie muß ein festigkeitsmäßiges, ökonomisches und sicherheitsmäßiges Optimum finden. Eine Hauptforderung dafür ist die Verminderung des Widerstands, den ein Tragflügel gegen seine Vorwärtsbewegung verursacht. Widerstand zu Auftrieb stellt einen Wirkungsgrad dar. Dieser wird insbesondere von der Profilform, also dem Querschnitt durch den Tragflügel, bestimmt. Die physikalisch für das Fliegen ausreichende Profilform ist eine ebene Platte. Ihre Nachteile sind ein hoher Widerstand und ein zu kleiner Anstellwinkelbereich, in dem es nur funktioniert. Wird der Anstellwinkel zu groß, macht die Flügeloberseite ihre Arbeit nicht mehr, nämlich Luft von oben nach unten zu beschleunigen. Der im Flugjargon übliche Ausdruck eines "Strömungsabrisses" beim überschreiten des maximal möglichen Anstellwinkels ist so zu verstehen, daß die Verbindung zur Luft über dem Flügel abreißt. Stattdessen wird Luft von hinten mitgerissen, was aber keine Auftriebskraft erzeugt. Der Widerstand erhöht sich und der Auftrieb verringert sich auf nur noch ein Drittel. Das Flugzeug stürzt ab. Auch Luft geht wie Wasser und Strom den Weg des geringsten Widerstandes: bei zu großem Anstellwinkel kommt sie statt von oben von hinten.

Bei den folgenden Profilen ist die ebene Platte mit eingezeichnet. Sie würde jeweils den gleichen Auftriebswert erzeugen.

Das erste `Profil´ ist eine gewölbte Platte. Ihr Anstellwinkel ist im vorderen Teil geringer geworden, ja sogar negtiv, dafür der im hinteren Teil aber größer. Da der hintere Winkel aber dreifache Wirkung verursacht als der vordere ergibt sich in Summe wieder der Auftrieb der zuvorigen ebenen Platte. Die Verringerung des vorderen Anstellwinkels ergibt nun einen größeren Bereich des fliegbaren Gesamtanstellwinkels. Die Nase des Profils kommt ja von weiter unten nach oben. Solche Profile hatten die ersten Flugzeuge. Heute sind solche Profile in Gebrauch bei langsam fliegenden Objekten. Das sind Flugdrachen, Ultraleichtflugzeugen und Paraglider. Schiffssegel funktionieren genau so wie Flugzeugflügel, nur in horizontaler statt in vertikaler Richtung. Sie bilden das gleiche Profil.

Das nächste Bild zeigt erstmals ein Flügelprofil, das eine Dicke besitzt. Sie verdickt in sinnvollem Verlauf die ebene Platte.

An der Höhe der Auftriebskraft ändert sich im Vergleich mit der ebenen Platte nichts! Der Vorteil der Dicke besteht nur darin, daß der noch zulässige, also noch ohne Absturz fliegbare, Anstellwinkel größer wird. Solch ein Profil wird bei speziellen Kunstflugzeugen verwendet. Es gibt dann keinen Unterschied mehr für Normal- und Rückenflug. Düsenjäger haben es auch, da bei den hohen Geschwindigkeiten nichts weiteres erforderlich ist.

Für normale Flugzeuge im Unterschallflug stellt das folgende Profil einen modernen Standart dar. Physikalisch ist es die gewölbte Platte mit der zuvorigen Verdickung. Es arbeitet scheinbar mit einem Anstellwinkel von Null. Das aber nur, weil der Anstellwinkel geometrisch gegen seine Unterseite definiert wurde. Der areokinetisch wirksame Anstellwinkel ist aber der gegenüber der Mittellinie. Die Mittellinie ist gleich der der gewölbten Platte im zweiten Bild. Ohne eine aerokinetische Anstellung seiner Flügel fliegt kein Flugzeug! Die nur "Neben"effekte des kleineren Widerstandes und sichereren Fliegens durch mögliche größere Anstellwinkel sind in der Technik die Haupkriterien für Entscheidungen. Deshalb sind aus technischen Handlungsweisen kaum physikalische Gegebenheiten auslesbar.

Die Werte der Auftriebskräfte ergeben sich bei jedem Profil im Grundsatz nur aus dem Verlauf der Mittel- oder Skelettlinie! Die Dicke hat keinen grundsätzlichen Einfluß darauf. Das Profil entspricht in seiner aerokinetischen Wirkung der gewölbten Platte. Die Wölbung und die Dicke haben nur die Aufgabe, den Bereich des fliegbaren Anstellwinkels zu vergrößern. Die Dicke hilft dabei mit: dicke Profile können mit noch größeren Anstellwinkeln geflogen werden.

Rückenflug ist mit allen Flügelprofilen möglich. Gezeichnent ist das dafür aber ungeeignetste. Es funktioniert nur in einem ganz schmalen Bereich des Antellwinkels. Gegenüber der mit entsprechendem Winkel eingezeichneten ebenen Platte muß sich dieses nur für den Normalflug entwickelte Profil mächtig anstellen. Der von der Flügeloberseite erzeugte Anteil des Auftriebs wird nur noch vom vorderen Teil des Profils erzeugt. Im Normalflug war es dagegen der nur hintere Teil.

Die beliebte Darstellung der Druckverteilung an Flügelprofilen zeigt nicht an, ob der vordere oder hintere Bereich eines Flügelprofils die Hauptarbeit der Auftriebskraftentstehung leistet. Warum? Die Druck-/Unterdruckverteilung ist nicht Ursache der Auftriebsentstehung sondern die erfolgte Wirkung! Darin ist auch eine bernoulliische Druckentstehung enthalten, die aber keine Auftriebskraft erzeugt. Sie stammt aus dem Profilwirbel. Aus der Druckverteilung rund um ein Flügelprofil ist die Physik des Fliegens nicht heraus lesbar. Die Druckverteilung ist eine Folgeerscheinung, die aus mehreren sich überlagernden Ursachen entsteht.

Ein spezielles Profil ermöglicht nicht das Fliegen, aber es verbessert es entscheidend.


flugtheorie.de