Die Wirbelschleppe



Die Animation zeigt, wie man einen Rauchringwirbel produziert. Ein Pappkarton mit einem Loch an der Unterseite wird mit Zigarettenrauch gefüllt. Beim Schlag auf die Oberseite des Kartons tritt unten stoßartig ein "Paket" Zigarettenrauch aus dem Loch heraus. Das Rauchluftpaket stellt eine kleine Masse von Luft dar, die einen Bewegungsimpuls (Wucht) nach unten besitzt. Es bewegt sich dadurch in der umgebenden Luft. Bei Luft gegen Luft kann keiner allein gewinnen. Umgebungsluft und Rauchluft hängen aneinander. Das führt dazu, daß bewegte Luft ruhende mitnimmt und ruhende bewegte abbremst. Außerdem muß Umgebungsluft vom Rauchluftpaket zur Seite verdrängt, dafür von hinten nachgesaugt werden. Es entsteht an den Rändern rund um die Rauchluft eine Drehung mit Teilen von beiden. Dadurch wird das Rauchpaket deformiert. Es wird flacher und breiter. Außen wird es in seiner Abwärtsbewegung gebremst. Innen durch die Drehung am Umfang aber zusätzlich beschleunigt. Das zuvor zylindrische Rauchpaket wird vorübergehend zu einer flachen Scheibe. Diese dellt sich dann von oben herab in der Mitte ein bis sie dort ganz durchstoßen wird. Der bekannte Rauchring ist entstanden. Er ist ein Wirbel am Umfang der in Bewegung versetzten Rauchluft. Er bewegt sich aus dem Impuls, der vom Schlag auf die Kartonoberseite erzeugt wurde. Die Zähigkeit der Luft führt dazu, daß außen immer mehr der Umgebungsluft mitgenommen wird. Er wird dadurch immer größer und dadurch auch langsamer drehend wie bewegend. Der Rauchring ist ein Verschiebungswirbel und zeigt dessen Prinzip auf:

An den Grenzen sich unterschiedlich bewegender Luft entsteht ein Verschiebungswirbel.

Ob ein Ringwirbel entsteht, hängt davon ab, ob bewegte Luftmasse eine geschlossene Peripherielinie besitzt. Nur an ihr entstehen Wirbel. Dabei zeigt sich noch ein weiteres Prinzip:

Ein Ringwirbel hat auf dem gesamten Umfang gleiche Drehrichtung zu seiner Drehachse!

Das widerlegt eindeutig, daß ein Wirbel einen Gegenwirbel haben müßte. Nur der gezeichnete Schnitt durch diesen Ringwirbel zeigt zwei sich gegensinnige drehende Wirbelbilder. Diese sind aber nur die Ansichten der Schnittflächen eines Wirbels. Sie werden gegenüber der Drehachse entgegen gerichtet gesehen.

Verschiebungswirbel sind die Folgen daraus, daß sich Luft unterschiedlich gegeneinander bewegt. Das heißt im Rückschluß: sind Wirbel da, müssen sie auslösende gegenseitige Bewegungen von Luftmassen vorgelegen haben oder noch vorliegen.

Beim Fliegen gibt es ebenfalls Wirbel. Wie entstehen sie?




Die Animation zeigt, daß der Vorgang der Wirbelschleppenentstehung der genau gleiche ist. Von einem Flugzeug nach unten in Bewegung versetzte Luftmasse erzeugt Wirbel entlang der Grenzen ihrer Ausdenhung. Luft wird durch die Anstellung von Tragflügeln mechanisch nach unten in Bewegung versetzt. Links oben ist skizziert, wie sich ein Tragflügelprofil durch die Betrachtungsebene des Bildes bewegt und dabei Luft abwärts in Bewegung versetzt. Die Höhen sind dabei extrem überzeichnet. In Wirklichkeit ist die vertikale Bewegung auf die Luft bei einer Flügelbreite von zwei Metern etwa nur zwanzig Zentimeter. Das ist weniger als der Flügel dick ist, damit für Flugfremde gar nicht sichtbar. Der Stoßvorgang auf die Luft dauert bei höherer Fluggeschwindigkeit aber auch nur ein paar Millisekunden. In diesem nur Augenblick hat sich der Flügel durch eine Stelle in der Luft hindurch bewegt. Die Luft wird dadurch primär schlagartig im blau gezeichneten Bereich unter und über dem Flügel nach unten gestoßen und gesogen. Sekundär setzt diese dann die gezeichneten Bereiche in den Wirbeln mit in Bewegung.
An den Seitengrenzen des vom Flugzeug nach unten gestoßenen Luftpakets entstehen Wirbel nach dem Vorbild des Rauchrings. Sie entstehen aber an jeder Seite für sich allein! Der rechte braucht weder den linken noch umgekehrt. Im Kapitel "Der Anfahr- und Profilwirbel" zeigt sich überdies, daß beide zu einem geschlossenen Ringwirbel gehören. Würde das Flugzeug seitlich nahe an einer Felswand fliegen, so entstünde an ihr kein Wirbel. Die Luft würde glatt an der Felswand nach unten fließen, ohne sich mit Nachbarluft an dieser Seite "verhaken" zu können. Die geometrischen Verhältnisse eines Flugzeugs (Spannweite) zu den entstehenden Wirbeln sind so, daß sie bei ihrer Entstehung einen Durchmesser in der Göße der Spannweite des Flugzeugs haben. Sie berühren sich somit in der Mitte der Flugbahn.
Der Wirbelaufbau geschieht nicht so langatmig wie hier animiert ist sondern: Die Luftbewegungen bauen sich mit fast Schallgeschwindigkeit, damit fast gleichzeitig, auf. Das heißt, daß sie auch nach nur Millisekunden in voller Ausdehnung schon unmittelbar hinter der Tragflügelhinterkante vorhanden sind. Das Leitwerk am Heck eines Flugzeuges befindet sich dadurch schon im Bewegungsfeld der Wirbel.

Es gibt natürlich auch eine alte Erklärung der Wirbelschleppe. Sie entstünden dadurch, daß der Druck unter dem Flügel Luft nach außen um ihn herum zur Oberseite, wo Unterdruck herrscht, fließen läßt. Das ist zwar sehr logisch, trotzdem falsch. Die Luft würde das zwar so machen wollen, aber der Flügel steckt ja noch drin. Damit kann ein solcher Wirbel nicht in Gang kommen. Und unmittelbar hinter der Flügelendkante ist kein Druckunterschied mehr vorhanden. Ein so entstehender Wirbel würde auch nicht absinken können, da er nur Drehimpuls enthielte. Eher enthielte er einen Trend nach oben: er würde ja nur nach oben hin in Gang gesetzt.

Die Wirbel der Wirbelschleppe sind der direkte Beweis dafür, daß Tragflügel Luft nach unten beschleunigten.
Wirbel ohne sie auslösende Luftmassen gibt es nicht.

Die im Bild blaß gezeichnete Flugzeugsilhouette stellt maßstabsgetreu den Verursacher der gezeichneten Wirbel dar. An der Stelle der abwärts wandernden Wirbel ist real natürlich kein Flugzeug mehr vorhanden.

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