Der Durchflug

Stand 15.12.04

Die örtlichen Luftbewegungen beim Durchflug eines Tragflügels
The local air movements by a transit of a wing

Wie ein Flügel die Luft um ich in Bewegung setzt, zeigt die folgende Animation.
Gezeigt wird im natürlichen Koordinatensystem, der Umgebungsluft, die örtliche Luftströmung in einem Punkteraster. An den Punkten zeigen Fahnen die Richtungen der dortigen örtlichen Strömung an. Die Fahnenlängen geben Aufschluß über die dortigen Strömungsgeschwindigkeiten.



Der aerokinetische Vorgang zwischen einer Fläche und Luft ist ein nur relativer. Das heißt: vor Eingriff der Fläche auf die Luft gilt diese als ruhend gegenüber der Fläche. Bewegt sich die Luft als Wind über der Erde, so wird das Fluggeschehen genau so mitgenommen wie das Schwimmen in einer Flußströmung: Pilot wie Schwimmer bemerken es nur durch eine Beobachtung zur Umgebung.
In Summe verleiht der Flügel der Luft in großem Bereich eine Abwärtsbewegung, die bleibend in der Luft nach Durchflug des Flügels erhalten bleibt. Dieser sogenannte "Downwash" verwickelt sich seitlich zur Flugbahn mit der Umgebungsluft zu den bekannten Wirbelschleppen. Diese sinken durch den Anschubimpuls des Flügel auf die Luft selbständig dauerhaft weiter abwärts. Das abwärts Strömen würden sie nicht machen, wenn die Ursache dieser Wirbel durch eine Druckausgleichsströmung um das Flügelende herum entstehen würden, obwohl das sehr logisch wäre. Die Natur funktioniert aber nicht nach menschlicher Logik, sondern nach ihren Gesetzen.
Wie sich auch zeigt, wird die Luft schon vor dem Flügelprofil angehoben. Diese Anhebebewegung setzt sich über dem Flügel als Strömung nach hinten fort.
Es ist der Profilwirbel, der linke im folgenden Bild. Er wird in der Lehre mangels wirklichem Wissen als "Zirkulation" bezeichnet, weil man ja etwas braucht, um die Erhöhung des Fahrtwindes über dem Tragflügel erklären zu können. Die nichtssagende Bezeichnung "Zirkulation" entstand also rückwärts nach der Entdeckung der Fahrtwinderhöhung über einem Flügel.    

Im vorstehenden Bild sind die flüchtig nur im kurzen Moment des Durchfluges bestehenden örtlichen Luftbewegungen "eingefroren" gezeichnet. Sie teilen sich in drei Bereiche auf.
Der linke, wie schon gesgt, ist der Profilwirbel bzw. das, was hinter der Bezeichnung "Zirkulation" steckt.
Der mittlere Teil auf der nur kurzen Flugstrecke von nur einer halben Flügeltiefe ist der von einem Flugzeug erzeugte und hinterlassene fast vertikale Abwärsstrom von Luft.
Der rechte Wirbel ist der Anfahrwirbel, der durch den vom Flügel erzeugten Abwärtsstrom mit der Umgebungsluft separat und unabhängig vom Profilwirbel entsteht. er verbleibt am Startort , während der Profilwirbel beim voreätrts Fliegen permanent neu entsteht.


In Frontsicht auf ein Flugzeug sind die beiden gegenüberliegenden Wirbel (aus `Was ist wahr beim Fliegen´) der Wirbelschleppe zu sehen. Sie entstehen durch den von den Flügeln erzugten Abwärtsstrom, der sich mit der benachbarten Luft "verwickelt". Diese Wirbel  stellen die bekannte Wirbelschleppe dar, die ein jedes Luftfahrtzeug schwerer als Luft an jeder durchflogenen Stelle ortsfest und absinkend in der Luft hinterläßt.
Die Wirbel entstehen auf jeder Seite für sich! Würde ein Flugzeugmodell senkrecht in der MmItte durchschnitten und an der Schnittfläche als Wand weiter vorwärts bewegt, so entstünde nur ein Wirbel. Es gibt kein Gesetz, daß zu eienm Wirbel ein Gegewirbel gehöre. Diese Meinung entsteht einzig aus der Kaffeetasse, wo die zwei Wirbel nur die zwei Enden eines Wirbel sind, nur von entgegengesetzten Seiten betrachtet.   


Abschließend zwei Bilder aus der Realität. Sie zeigen, wie sich die von den zwei Triebwerken an jedem Flügel eines viermotorigen Flugzeuges verursachten Kondensstreifen verhalten. Mit ihrem jeweiligen Abstand zur Flügelspitze werden sie durch die Flügelwirbel nach unten außen befördert. Die Streifen der inneren Triebwerke (die dem Rumpf näheren, der Flügelpitze entfernteren) verlaufen auf ihrem zur Flügelspitze größerem Radius nach Drehung um 90° unter die der äußeren Triebwerke. Weitere 90° weiter sind sie dann außen neben den Streifen der inneren Triebwerke zu sehen.


Die Kondensstreifen beider Triebwerke vereinigen sich dann aber sehr schnell zu einem gemeinsamen im Zentrum der beiden Flügelwirbel. Das Wandern in den Wirbelmittelpunkt kommt möglicherweise dadurch zustande, daß das spez. Gewicht der wärmeren Luft von den Triebwerken kleiner ist. Das muß dann zu dieser Wanderung führen, da in einem Wirbel immer die schwereren Teile nach außen drängen und dadurch die leichteren nach innen gelangen.
Hinter dem Flugzeug nähern sich die beiden Flügelwirbel sehr schnell einander an. Deshalb ist der Abstand der Kondensstreifen kleiner als die Spannweite des Flugzeugs.





über den folgenden Link ist ein weiteres reales Bild der Flügelwirbel eines Flugzeuges im Tiefflug zu sehen.
Die Wirbelmittelpunkte sind durch den Bodeneffekt noch oben verschoben.

Wirbelbild der NASA


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