Ersterscheinung 29.02.2004
überarbeitung 14.7.2011
von J. Peter Apel

Kräfte-Parallelogramme an Flugojekten

Die Kräfte auf ein Flugzeug
The forces on a plane

Grundsätzliches

Ein sich in der Luft bewegendes Flugobjekt erfährt von der Luft, die von ihm kinetisch in Bewegung versetzt wird, Gegenkräfte. Diese lassen sich in einer Resultierenden zusammenfassen, der Luftkraft L. Sie ist immer leicht gegen die Flugrichtung gerichtet. Ihre gegen die Flugrichtung gerichtete Komponente muß permanent durch eine entsprechende Vortriebskraft V aus einer Energiequelle kompensiert werden. Kräfte, die durch Energieeinsatz entstehen, sind in den Diagrammen rot gezeichnet.

An einem Fluggerät gibt es drei Kräfteparallelogramme. Alle Diagramme sind nur als Dreiecke, also ohne Komplettierung zum geschlossenen Viereck gezeichnet. Schon geprägte Begriffe für die restlichen Seiten der Parallelogrammvierecke sind physikalisch überflüssig und führen nur zu Verwirrung und damit in die Irre.

1) Das Luftkraft zur Vertikalen Parallelogramm, gelb angelegt. Es dient zur Bestimmung des Auftriebs.
Das Parallelogramm wird bestimmt durch die Luftkraft und die Erd-Senkrechte. Aus der Luftkraftresultierenden L entstehen bei entsprechend gestalteten Körperformen der Fluggeräte Auftriebskräfte A. Die Auftriebskraft A ist unabhängig von der Flugbahn immer und nur die vertikal nach oben zeigende Komponente der Luftkraft L.
Die Auftriebskraft ist keine Komponente aus dem folgend auf die Flugbahn bezogenen Luftkraft-Flugbahn Parallelogramm.

2) Das Luftkraft-Flugbahn Parallelogramm, blau angelegt. Es dient nur zur Ermittlung der Widerstandskraft.
Das Parallelogramm wird bestimmt durch die Luftkraft und die Flugbahn. Aus der Luftkraft ergibt sich aus dem auf die Flugbahn bezogenen Parallelogramm eine Komponente nach hinten, der Widerstand W.

3) Das Gewichtskraft-Flugbahn Parallelogramm, braun angelegt. Es dient zur Ermittlung der Vortriebs-/Rückzugs-Kraft
Das Parallelogramm wird bestimmt durch die Schwerkraft und die Flugbahn. Bei nicht horizontalen Flugbahnen wirkt aus der Gewichtskraft eine Komponente in Flugbahnrichtung auf das Flugobjekt ein. Die Flugbahnkomponente aus der Gewichtskraft ist als Hangabtrieb eine Vorwärtskraft V für die Anschubkraft bei Gleitflugzeugen, beim Steigflug aber eine rückwärts gerichtete Kraft.

Es gibt nur diese drei voneinander unabhängigen Kräfteparallelogramme. Das "Eine" Kräftediagramm am Flugzeug für alles gibt es nicht! Die Luftkraft selbst kann bisher nur experimentell bestimmt werden. Berechnungen basieren nur auf der Werteflut der Experimente. Die folgenden Darstellungen sind vom senkrechten Sinkflug eines Fallschirmes über den Sinkflug eines Gleitflugzeuges und dem horizontalen Normalflug zum Steigflug geordnet.

Beim Fallschirm ist die Flugbahn senkrecht nach unten gerichtet. Die Luftkraftresultierende ist senkrecht nach oben gerichtet und besteht nur aus Widerstandsanteilen. Damit ist die Luftkraft gleich dem Auftrieb. Der Antrieb des Fallens ist die Gewichtskraft. Natürlich ist das Gefühlsverständnis des Fallschirm"fliegens" so, daß man die Gewichtskraft nicht als "Antrieb", sondern als Last empfindet. Physikalisch aber ist ein Antrieb nach unten erforderlich, damit der Widerstand das Schirmes in der Luft überwunden werden kann. Ohne Gravitations-"Antrieb" würde der Springer ja oben bleiben!

Beim Gleit(Segel-)flug zeigt die Luftkraft gegenüber den Verhältnissen am Fallschirm als nur Widerstandserzeuger nicht nach hinten, sondern sehr zur Seite, wie gewollt natürlich nach oben. Dafür ist das Flugzeug so konstruiert. Das Flugzeug befindet sich im stationären Gleitflug immer in der Lage, daß die Luftkraft L senkrecht nach oben zeigt. Somit ist der Auftrieb gleich der Luftkraft. Die Widerstandskraft aus dem Luftkraft-Flugbahnkräfte Parallelogramm muß durch eine energiegestützte Vortriebskraft V kompensiert werden. Die Energie kommt aus der Gewichtskraft. Eine Segelflugzeug fliegt also immer nur abwärts. "Hoch kommen" kann es nur, wenn die Luft, in der es fliegt, sich schneller nach oben bewegt als das Flugzeug darin absinkt .

Der "Normalflug" eines Flugzeuges. Er kann nur mittels Energieeinsatzes durch einen Antriebsmotor bestehen. Die Auftriebskraft ist der vertikale Anteil aus dem Luftkraft-Flugbahn-Parallelogramm.

Beim Steigflug zeigen sich alle Kräfte, die beim Fliegen eine Rolle spielen. Entgegen allen Gefühlsvorstellungen wird die aerokinetische Auftriebskraft beim Steigflug kleiner! Ein Flugzeug "hoch" zu kriegen, geht nur mittels einer durch Enegieinsatz erzeugten nach aufwärts gerichteten Schubkraft V.
Aus der rückwärts auf der Flugbahn gerichteten Widerstandskraft W ergibt sich der dafür entsprechend notwendige Vorschub W ′. Aus diesem wiederum ein vertikaler Anteil, eine Auftriebskomponente W ″. Das gleiche gilt für den Hangabtrieb aus der Gewichtskraft mit HA′ und HA″. Der Gesamtauftrieb besteht aus dem aerokinetischen Anteil A und den entsprechenden Komponenten des insgesamt erforderlichen Gesamtvorschubes V ′.

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