Ersterscheinung 14.8.2002
von J. Peter Apel
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Die wahre Physik des Fliegens
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Am Anfang war das Nichts
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Dann schleuderte der big bang
aus diesem Nichts
Massen auseinander
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Alle diese Massen wollen wieder zusammenkommen
und beschleunigen sich durch ihre gegenseitige
Anziehungskraft
aufeinander zu
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Um von der Schwerkraft nicht zur Erde hin bewegt
zu werden, muß sich ein Körper andauernd
und gleichstark selbst in die Gegenrichtung
beschleunigen
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Satelliten erhalten ihre
permanente Gegenbeschleunigung
auf Grund ihrer geometrischen Umlaufbahn
durch die Fliehkraft aus der eigenen Masse
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Nur mittels einer zweiten Masse
kann sich auf der Erde ein Körper durch
Rückstoß beschleunigen.
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Eine Rakete oder ein mit "Rucksackdüsen" ausgestatteter Mensch
beschleunigen sich gegen die Erdbeschleunigung
durch Abstoßen von mitgenommener (Treibstoff-) Masse:
durch deren Rückstoßkraft
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Auch ein Luftfahrzeug schwerer als Luft
kann sich nur durch Rückstoß
obenhalten
Etwas anderes ist in diesem Universum nicht möglich
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Die Manipulationsmasse
zur Rückstoßerzeugung
muß ein in der Luft fliegendes Objekt nicht mitnehmen:
Sie steht ihm in Form der Luftmasse selbst zur Verfügung.
Mit einer Fläche (Flügel) läßt sich die Luft "greifen"
und damit nach unten beschleunigen.
Dadurch wird Rückstoßkraft als Auftrieb erzeugt
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Eine Platte beschleunigt Luft nach unten, indem
sie diese bei einer Abwärtsbewegung direkt
runterdrückt und über ihr nachsaugt.
Da an ihren Rändern keine Zylinderwände existieren wie um
die Kolbenfläche einer Pumpe, entstehen wegen der weitgehenden
Inkompressibilität der Luft im freien Luftraum großräumige
Ausweichbewegungen um die Plattenränder herum.
Trotz dieser `Umspülungen´ entstehen wie bei einem Kolben im Zylinder
in Folge
der Beschleunigungen für die beeinflußten Luftmassen
einschließlich derer der Umspülungen:
überdruck unter und Unterdruck über der Platte.
Der überdruck unter und der Unterdruck über der Platte erzeugen
mittels deren Flächen die Auftriebskraft
Das ist das Grundprinzip der dynamischen Auftriebsphysik
Die Luftbewegungen der Umspülungen, auch als Verdrängungsströmung
für den direkt unter der Platte in Bewegung gesetzten Abwärtsluftstrom
und als Nachflußströmung für die oberhalb der Platte runter
gesaugte Luft zu bezeichnen, bilden aus seitlicher Sicht gesehen
die bekannten Wirbel am Plattenrand.
Insgesamt bildet sich am Plattenrand ein geschlossener
Ringwirbel um den vollen Umfang der Platte aus.
Dieses Beispiel stellt exakt die Auftriebsentstehung
am Flügel der Hummel dar
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Bewegt sich die Platte neben ihrer Abwärtsbewegung
gleichzeitig auch vorwärts, so wandert der Wirbel an der
Plattenvorderkante mit deren Bewegung mit.
Der an der Hinterkante entstandene Wirbel bleibt jedoch
an der Stelle, wo der Abwärtsluftstrom zu Beginn der Bewegung
auch begann
Ein Wirbel gehört also nicht zu einer Kante, durch die er er aber
ursprünglich entstand. Sein Platz ist das unmittelbare
Nebeneinander unterschiedlicher Luftbewegungen.
Der ab Startort hinterlassene Abwärtsluftstrom "verhakt" sich mit
der benachbarten ruhenden Luft zusammen zu einer Kreisströmung.
Die Platte drückt und saugt jetzt während ihrer Vorwärtsbewegung
an jeder Stelle ihrer Bahn
neue Luft aus deren vorheriger Ruhelage nach unten
Die vordere Grenze dieses Abwärtsluftstromes befindet sich direkt
unter und über der Platte (Flügel).
Der `Beschleunigungsruck´ der Luft durch einen Flügel ist im
Strömungslabor beim Durchflug eines frei fliegenden Testmodells
durch die `Rauchwand´, die ihrerseits auch die vorher ruhende
Luft direkt anzeigt, in dem kurzen Moment des Durchflugs
von Millisekunden über und unter dem Flügel auffällig zu sehen.
Hinter der Platte (Flügel) entsteht eine `Straße´ abwärts strömender Luft
Die von der Platte senkrecht unter und über ihr erzeugte Luftströmung
nach unten und die in Flugrichtung davor ruhende Luft müssen sich
nach vorn zu einem Wirbel an der Plattenvorderkante `verdrehen´,
der hier permanent neu entsteht.
Dieser Wirbel ist also nicht stationär, sondern örtlich nur kurzzeitig
in dem Moment vorhanden, in dem die Platte (Flügel) an einem
Punkt in der Luft weilt.
Der um den gesamten Abwärtsstrom von Luft sich bildende
Ringwirbel erhält durch die Vorwärtsbewegung der Platte
(Flügel) eine langgezogene Form.
Dieses Beispiel stellt exakt den Sackflug
Bewegt sich die Platte sehr schnell gegenüber der
Abwärtsbewegung vorwärts, so daß ihre Bahn fast horizontal ist, so
stellt sie die Verhältnisse am Tragflügel eines gleitenden
Segelflugzeuges dar.
Zwischen dem `Anfahrwirbel´ und dem an der
Flügelvorderkante befindlichen Wirbel wird die Luft auf
der Flugbahn im Höhenbereich von etwa Spannweitengröße
über und unter dem Flugzeug durch Druck und Sog
nach abwärts beschleunigt.
Das Entscheidende: der jeweils örtlich kurzzeitig entstehende Wirbel
um die Plattenvorderkante (Flügelnase), mit `Profil´wirbel bezeichnet,
schließt die Platte bzw. den Flügel in seiner Tiefe
bis um die Hinterkante herum völlig ein:
Das ist Fliegen!
Nämlich: Auftriebskrafterzeugung durch senkrechtes abwärts
Beschleunigen der zuvor ruhenden Luft durch den Flügel
örtlich an jeder durchflogenen Stelle
von weit oben bis nach weit unten.
Die um das Tragflügelprofil vorhandene Wirbelbewegung des
Profilwirbels ergibt äußerste Widerstandsarmut. Der von oben
angesaugte Luftstrom wird durch die Wirbelströmung elegant nach
hinten verschoben zum ungehinderten Abwärtsfließen
hinter der Endkante des Flügels.
Im überschallflug gibt es diesen Wirbel nicht mehr.
Der Sog der von oben angesaugten Luft, die nicht mehr hinter
das Profil geschoben wird, konzentriert sich hier auf den
hinteren Teil der Flügeltiefe, was durch die dortige Schräge der
Flügeloberseite eine Sogkomponente nach hinten in Flugrichtung,
also zusätzlichen Widerstand, ergibt
Die auf der Flugbahn nach unten in Bewegung gesetzte Luftmasse
schafft sich durch Verdrängen der umgebenden Luft Platz.
Daraus entstehen alle ortsfesten Wirbel rund um die Flugbahn!
Der um die Flügelnase in Folge der Auftriebsentstehung durch das
abwärts Beschleunigen von Luft entstehende `Profil´wirbel auf der Länge der
Flugzeugspannweite umfaßt hier den Flügel in der Gänze seiner Tiefe.
Der tatsächliche Wirbeldurchmesser ist jedoch viel kleiner als die
Flügeltiefe. Das entsteht dadurch, daß sich während der Zeit der
`Bogen´bewegung eines Luftteilchens über dem Flügelprofil
der Flügel durch dessen Vorwärtsbewegung hindurchschiebt
Im Bild sind die tatsächlichen Wirbel- und Abwärtsbewegungen
zweier Luftteilchen zu sehen.
Beim angetriebenen Flug erzeugt die nach vorn oben angestellte
Fläche das abwärts Beschleunigen der Luft, die dadurch jedoch
ein bißchen mit nach vorn in Flugrichtung geschoben wird.
Das horizontal/vertikal ausgerichtete Koordinatensystem
für den Gleitflug `dreht´ sich so, daß die abfallende Flugbahn
des Gleitfluges im Reiseflug eine horizontale,
im Steigflug eine ansteigende Flugbahn wird.
Der beim Fliegen entstehende Ringwirbel um den gesamten Rand der
abwärts strömenden Luft (Flugbahn) besteht aus seinen vier Abschnitten:
dem Anfahr-, dem Profil- und den beiden Flügelwirbeln, die
die gefürchtete Wirbelschleppe darstellen!
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Das ist die Physik des
Phänomens Fliegen
Entgegen der Fiktion einer irrealen
`Strömung´ (Fahrtwind) nach dem
getauschten
Wirkprinzip des Windkanals:
Fliegen funktioniert wie Schwimmen:
Luft (Wasser) mit (Insekten-)Flügel (Füßen)
nach unten schlagen (treten)
oder
Luft (Wasser) mit der schiefen Ebene der
etwas schräg angestellten Flügel
(Handflächen)
durch schnellere horizontale Bewegung
ausreichend schnell nach unten beschleunigen!