Jan Peter Apel
Das Mysterium Zirkulation

So gut wie kein Pilot kann nachvollziehen, was die sogenannte Zirkulation ist. Sie ist die von Kutta-Joukowski erfundene Grundlage zur Ermöglichung von Berechnungen, um die Bernoullitheorie wissenschaftlich zu machen. Sie soll die Frage beantworten, warum die Luft an der Flügeloberseite schneller strömt. Daß die Luft das tut, ist nur eine Beobachtung aus dem Windkanal, damit im Koordinatensystem des bewegten Flugzeugs. Eine Erklärung dafür gibt es nicht, nur die Unterstellung, daß, weil die Luft das so tut, es eine fiktive um das Flügelprofil herum kreisende Zirkulationsströmung von Luft geben müsse. Deren Ursache wäre der sogenannte Anfahrwirbel, der diesen Gegenwirbel entstehen ließe nach der These, daß ein Wirbel immer einen Gegenwirbel benötige.

Wie findet sich die Wahrheit?
Der richtige Ursache des Fliegenkönnens ist an einer ganz normalen horizontal angeordneten Platte darstellbar. Sie ist das ideale Gebilde, um die Grundlage des Fliegens aufzuzeigen. Sie besitzt bei einer horizontalen Bewegung in der Luft einen geringst möglichen Widerstand, bei vertikalen Bewegungen in der Luft jedoch einen maximalen.

Im Bild ist dargestellt, wie sich die Luft bewegt, wenn die Platte senkrecht nach unten bewegt wird. Sie drückt dabei mit ihrer Unterseite Luft runter, wobei aber auch Luft an den Seiten herum nach oben ausweicht. Mit ihrer Oberseite saugt die Platte natürlich auch Luft von oben an, wobei diese die von unten um die Plattenkanten herumfließende Luftmenge mit ansaugt. Luft strömt also wie ein Wirbel um die Seitenkanten der Platte nach oben herum.
An der Plattenuntereite entsteht somit ein Überdruck und an der Plattenoberseite ein Unterdruck. Beide Drücke entstehen aus dem Beschleunigungen von Luftmasse und führen damit zusammen zu einer Luftkraft, die in vertikaler Richtung mit Auftrieb bezeichnet wird. Durch diesen Auftrieb fällt eine Platte langsamer nach unten.


Bei diesem Vorgang ist zu beachten: bewegen tut sich die Platte, die Luft ist passiv. Die Platte muß die Energie dazu liefern, um Luft bewegen zu können, damit Auftrieb entsteht. Die Energie, die die Platte hier zur Verfügung hat, ist ihre potentielle Energie. Ds ist die gleiche, mit der auch ein Segelflugzeug fliegt.
Weiter ist zu beachten: alles, was ein Körper in der Luft mit der Luft macht, geschieht im Koordinatensystem der Luft. Die von diesen örtlichen Vorgängen rund um die Platte (Flugzeug) in entsprechendem Abstand noch unberührte Luft ist der absolute Bezugspunkt für das Fliegen.


Im Bild 2 vollführt die Platte nicht nur eine vertikale Bewegung nach unten, sondern zusätzlich eine schnellere in der Horizontalen. Die seitlichen Umströmungen an den Plattenrändern durch die vertikale Bewegung der Platte entstehen auch hier.



In der Bewegungsrichtung nach vorn besteht diese Umströmung an der vorderen Kante wie bekannt, sie reicht dann aber bis in die obere Plattenfläche hinein. Das ist ein Zustand, der bei einem Flugzeugflügel entsteht, wenn das Flugzeug zu langsam fliegt und abzustürzen droht.

Fliegt ein Flugzeug schnell genug, 3tes Bild, so reicht der vordere Wirbel aus der vorn hochquellenden Luft bis zur Hinterkante der Platte (Flügel), wo dessen Luftmenge zusammen mit der Luft nach unten beschleunigt wird, die sich aus der gegenüber der Bewegungsbahn bewegten schiefen Ebene der Platte (Flügel) mechanisch ergibt.

Der Wirbel aus der hochquellenden Luft an der Hinterseite der Platte ist am Beginn der Bewegung rechts ortsfest zu sehen. Es ist der sogenannte Anfahrwirbel, der angeblich die Zirkulation in Gang setzen würde. Die Zirkulation ist aber ein Mythos, der nicht existiert.

Über der Platte (Flügel) bestehen aus Sicht von der Platte (Flügel, Windkanal) zwei Bewegungen: der Fahrtwind und die Luftbewegung um die Plattenkante herum. Detektierbar ist nur die Summe der beiden. Der Fahrtwind ist keine Strömung der Luft, sondern nur die Geschwindigkeit der Platte (Flügel). Die Erhöhung der Luftgeschwindigkeit aus dem Koordinatensystem der Platte (Flügel) ist die Geschwindigkeit des Umströmungswirbels um die Plattenvorderkante. Dieser Wirbel ist in folgender Animation mittels des oberen Luftteilchens dargestellt. Die Bewegung des Luftteilchens des Umströmungswirbels von vorn nach hinten (rot dargestellt) findet nur in der Zeit statt, in der sich die Platte (Flügel) durch diesen Ort in der Luft gewegt.


Für Bewegungen gibt es physikalische Grundgesetze. Wirksam, damit wahr bzw. real, sind nur die Bewegungen, die invariant sind. Invariante Bewegungsgrößen sind nur die, die in allen möglichen Sichten, also allen möglichen Koordinatensystemen, enthalten sind. Beim  Fliegen sind zwei Sichten in Gebrauch: die Sicht vom Flugzeug aus, also das Koordinatensystem des Flugzeugs, das auch die Windkanalsicht ist und die Sicht vom Boden aus, dem Koordinatensystem des Bodens. Die richtige Sicht, das richtige Koordinatensystem, ist die Luft, in und mit der ein Flugobjekt wechselwirkt. Bei Windstille ist die Sicht vom Boden mit der von der Luft identisch. Bei Wind wandert der gesamte Vorgang des Fliegens unverändert mit der gesamten Luftmasse über der Erdoberfläche hinweg. Es verbleiben zwei mögliche Sichten für das Fliegen: das Koordinatensystem des Flugzeugs und das der es umgebenden Luftmasse, egal, ob die sich insgesamt als Wind bewegt oder nicht.
Fahrtwind ist eine Luftbewegung im Koordinatensystem des Flugzeugs. Im Koordinatensystem der Luft gibt es ihn nicht. Also ist Fahrtwind eine variante Bewegungsgröße, damit relativ und unwirksam.
Die angeblich fiktive Bewegung der Zirkulation, in Wirklichkeit die von vor dem Flügel hochquellende tatsächliche Luftströmung, ist eine invariante, damit wirksame Luftbewegung. Im Koordinatensystem der Luft ist sie direkt vorhanden, im Koordinatensystem des Flugzeugs führt sie zur nur Erhöhung des Fahrtwindes.

Es ist nach den physikalischen Regeln, die in der Lehre sträflich vernachläßigt werden, verboten, invariante und variante Bewegungsgrößen aus zweierlei Koordinatensystemen, die sich durch ihre Bewegungen unterscheiden, zu addieren!

Die im Koordinatensystem des Flugzeugs scheinbare Erhöhung der Geschwindigkeit der Luft aus Fahrtwind und tatsächlicher Strömung der von vor dem Flügel hochquellenden Luft darf gar nicht als gemeinsame Luftbewegung betrachtet werden.
Der schnellere Fahrtwind über einem Flügel, der im Windkanal und aus der relativen Sicht eines Piloten oder Insassen zu spüren ist, ist keine wirkliche Strömung im physikalischen Sinn, sondern nur eine relative Beobachtung aus dem bewegten Koordinatensystem des Flugzeugs, das für das Fliegen aber das falsche ist. Das Flugzeug ist der Akteur, es stellt die Energie, also die Aktionskraft, nur die vom Flugzeug örtlich nach unten in Bewegung beschleunigte Luft erzeugt die Auftriebskraft als Reaktionskraft.

Die tatsächlich in der Luft durch das Emporquellen um die Flügelnase herum verursachte Strömung besitzt als Richtwert lediglich ein Zehntel der Fluggeschwindigkeit. Nur auf ihrem Weg kann nach den physikalischen Gesetzen (Druckverläufe in Strömungspfaden) ein Bernoullieffekt entstehen. Und das geschieht sogar und steigert den Unterdruck um die Flügelnase als Verengung des Querschnittes herum, bis zum ende an der Rückkante findet dann aber eine Diffusorwirkung mit Druckanstieg statt, die den Unterdruck an der Nase wieder ausgleicht. Somit findet kein Einfluß auf die Höhe des Auftriebs durch die Rückstoßkraft abwärts beschleunigter Luft statt.

Jedes Flugobjekt schwerer als Luft, vom Papierflieger bis Düsenkampfflugzeug und Obstfliege bis Hummel,
"reitet" nach Newton'scher Physik auf von ihm initiierter Reaktionskraft abwärts gedrückter Luftmasse. 


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