Ersterscheinung 29.02.2004
von J. Peter Apel
Bahnkräfte-Parallelogramm
Die entstehenden Luftkräfte auf eine Platte/Tragflügel
The developing aerokinetic forces on plate/wing
Luftkraft entsteht kinetisch auf Grund einer gegenseitigen Bewegung von Fläche und Luft in der Luft. Die
Komponenten einer Luftkraft L werden nach ihren Einwirkungsrichtungen auf die Richtung der Bewegung der
Fläche gegenüber den Luftteilchen definiert. Die Bewegungslinie einer Fläche heißt Bahnlinie.
Das Bild zeigt ein Flugzeug im stabilen Steigflug. Das Tragflügelprofil wird durch eine einfache Platte repräsentiert.
Diese erfüllt die grundsätzliche Voraussetzung für die Entstehung von Luftkräften. Ein spezielles Profil verbessert
gegenüber der ebenen Platte aber den Wirkungsgrad und die aerokinetische Flugsicherheit. Eingezeichnet sind
die Luftkraftkomponenten Widerstand W und Querkraft Q. Die Gesamtluftkraft L resultiert daraus als vektorielle Summe.
Das Parallelogramm der Luftkräfte ist rechteckig und steht winklig auf der Bahnlinie und soll `Bahnkräfte-Parallelogramm´
heißen. Widerstand W ist definiert als Kraft in Richtung der Bahnlinie gegen die Bewegungsrichtung.
Querkraft Q ist definiert als Kraft senkrecht auf der Bahnlinie.
Das Bahnkräfte-Parallelogramm zeigt die Kräfte, die ein Flugzeug in seiner Bahn halten.
Auftrieb ist keine Kraftkomponente im Bahnkräfteparallelogramm, sondern entsteht aus der Wirkung der Luftkraft
zu einem anderen Bezug: dem zur Schwerkraftrichtung. Auftrieb ist eine aus der Luftkraft entstehende Kraftkomponente
in Richtung des Schwerefeldes. Auftrieb versteht sich als Gegenkraft gegen das Gewicht des Fluggerätes und ermöglicht
im Schwerefeld der Erde das Fliegen. Im Steigflug ist der Auftrieb aus den Luftkräften kleiner als das Gewicht. Deshalb
muß aus der Schubkraft des Antriebes zur Überwindung des `Hangabtriebes´ und des Widerstandes eine entsprechende
Komponente mithelfen, das Flugzeuggewicht zu tragen.
Das Bahnkräfteparallelogramm besteht unabhängig vom Flugzustand, ob für stationären, instationären, schnellen,
langsamen, Seiten-, Normal- oder Rückenflug. Bei schiefem Flug (Slip) ist das Bahnkräfte-Parallelogramm räumlich.
Das Bahnkräfte-Parallelogramm ist weiter grundsätzich unabhängig davon, ob Auftrieb überhaupt benötigt wird.
Damit gilt das Bahnkräfte-Parallelogramm absolut, d. h. sowohl im Schwerefeld der Erde als auch in schwerefreiem
Raum an gegen umgebendes Gas bewegte Körper.
Für den Horizontalflug zeigt das nächste Bild die üblicherweise dargestellten Kraftvektoren. Die Flugzeugsilhouette wurde
weggelassen.
Bei diesem für Motorflug normalen Flugzustand hat der Auftrieb die Größe der Querkraft. Dadurch scheint Luftkraft
die vektorielle Summe von Auftrieb und Widerstand zu sein, was sie aber nicht ist. Auftrieb A und Querkraft Q sind
hier nur ausnahmsweise deckungsgleich. Die Widerstandskraft muß hierbei durch entsprechende externe Schubkraft
ausgeglichen sein. Der Auftrieb ist genau so groß wie das Gewicht des Fluggerätes.
Das dritte Bild zeigt einen zur Verdeutlichung steilen Sinkflug. Wird die Vorwärts-Komponente V in
Bewegungs(Flug)richtung aus dem Gewicht eines Flugzeuges größer als der aerokinetische Widerstand, so stellt
sich für einen stationären Flug zwangsläufig der nachfolgend dargestellte Zustand ein. Die Fluggeschwindigkeit steigt
so lange an, bis der aerokinetische Widerstand so groß wie die Vorschubkraft aus der Gewichtskomponente wird.
Damit wird zwangsläufig die Luftkraft eine Senkrechte.
Für diesen Fall des sich automatisch einpendelnden Zustandes einer senkrechten Luftkraft durch Vergrößerung des
Widerstandes ist die aus dem Gewicht entstehende Vortriebskraft V mit eingezeichnet. Weiter ist die Querkraft Q
nicht am Ort der Entstehung, sondern als parallel verschobener Vektor ans Ende des Widerstandsvektors
gesetzt. Das Besondere der Auftriebskraftentstehung bei diesem Flugzustand kommt damit besser zur Geltung.
Das Besondere am Sinkflug ist: Auftrieb entsteht dabei auch aus der dafür positiven Komponente der
Luftkraftkomponente Widerstand. Auftrieb hat hier die volle Größe der Luftkraft, ist also maximiert.
Diese Verhältnisse gelten für alle Gleitflüge, ob für Paraglider, Segelflugzeuge oder Gleitflüge von Motorflugzeugen
z. B. im Landanflug. Der Auftrieb ist auch hier gleich dem Gewicht des Fluggerätes.
Senkrechten `Flug´ gibt es ebenfalls. Die Flugbahn eines runden Fallschirmes ist ein Sinkflug auf der Stelle.
Sein Bahnkräfte-Parallelogramm reduziert sich auf eine Linie mit dem Widerstandsvektor als Auftrieb.
Hierbei ist der Widerstand gleich der Luftkraft und dem Auftrieb. Eine Querkraft gibt es hier nicht.
Der Auftrieb ist genau so groß wie das Gewicht.