Ersterscheinung 06.06.2006
von J. Peter Apel

Die Drücke am Tragflügelprofil

Aerokinetische Luftkraft an Flächen entsteht, wenn Flächen Luft wegschieben bzw. nachsaugen. Die dabei zu beschleunigenden Luftmassen wirken mit einer Reaktionskraft auf Grund ihrer Trägheit zurück. Das erzeugt auf den Oberflächen Drücke. Am Tragflügel durch das abwärts drücken durch die Unterseite überdruck, an der Oberseite durch runtersaugen Unterdruck.

Der Verlauf dieser Drücke entlang eines Tragflügelprofils muß noch genau ermittelt werden. Vorab wird in idealisierender Weise von konstanten Druck-Werten ausgegangen. Es ergibt sich damit folgendes Bild:

Die tatsächlich gemessenen Druckverläufe über die Profillänge sehen jedoch prinzipiel anders aus! Was ist da los?

Die von der Tragflügelunterseite nach unten gedrückte Luft weicht naturgemäß auch nach vorn aus. Zusätzlich wird sie vom Unterdruck über dem Tragflügel noch angesaugt, so daß eine Strömung von der Unterseite zur Oberseite um die Flügelnase herum entsteht. Es ist der Profilwirbel. Dieser braucht zu seiner Entstehung nicht den Anfahrwirbel, der zwar aus gemeinsamem Anlaß, aber trotzdem eigener Ursache entsteht.
Die Profilwirbelströmung ist eine reale. Es werden Luftteilchen aus ihrem zuvorigen Zustand tatsächlich beschleunigt und zum Profilende auf der Flügeloberseite wieder verzögert. Das hat nach den Gesetzen von Bernoulli Druckänderungen in der Profilwirbelströmung zur Folge.

Diese, nur in der Profilwirbelströmung nach dem Bernoulli-Effekt tatsächlich auftretenden gaskinetischen Druckänderungen überlagern sich mit den Drücken, die zuvor(!) aus dem Vorgang der gewollten Luftkraftgewinnung nach dem aerokinetischen Prinzip der Wirkung einer schiefen Ebene durch den Tragflügel entstanden!
Das idealisierte Summenbild:

Erklärung:
Die bernoulliisch sich bildenden Drücke entstehen innerhalb des schon zuvor durch den aerokinetischen Vorgang des Luftmasse wegdrückens/wegsaugens entstandenen Drücke. Drücke innerhalb von Strömungen bilden sich grundsätzlich von hinten her aus. Der Endpunkt der Profilwirbelströmung beim Einfließen in die freie Atmosphäre am Endpunkt des Flügelprofils hat immer Atmosphärendruck. Wieviel Luft dahin fließt, bestimmt sich in Folge des Verursachers der Strömung, hier dem überdruck unter dem Tragflügel, dem Unterdruck über dem Flügel, der Beschleunigungszeit für die dadurch bewegte Luftmasse und den auf dem Strömungsweg bestehenden Widerständen.
Das Endergebnis der überlagerung der aerokinetischen und gaskinetischen Drücke ist, daß sich die bernoulliisch bildenden gaskinetischen Drücke mit ihren positiven wie negativen Anteilen (schraffiert) bezogen auf die Druck`vorlage´ aus dem aerokinetischen Effekt zu Null ausgleichen!

Die bernoulliisch entstehenden Drücke aus der Profilwirbelströmung (bei Normalfluggeschwindigkeit um 10-20% der Fluggeschwindigkeit) haben keine Auswirkung auf die Gesamtluftkraft. In der Auftriebskraftformel (siehe `Aerokinetische Grundformel´) bleiben sie demzufolge unberücksichtigt. Im überschallflug kann es kein Ausweichen der Luft nach vorn mehr geben, damit auch keinen Profilwirbel. Die Druckverteilung bildet sich dann tatsächlich nach dem ersten idealisierten Bild aus.

Die in der Prandtlschen Tragflügeltheorie vollzogene Addition von Fahrtwind als fiktiver Strömung aus dem Koordinatensystem des Flügels und der realen Profilwirbelwirbelströmung aus dem Koordinatensystem der Luft ist einer der kapitalsten Fehler, der in der Physik überhaupt begangen werden kann!
Mitursache für diesen Fehler ist neben dem unglücklicherweise daraus entstehenden mathematisch `passenden´ Ergebnis auch, daß `Strömung´ nicht physikalisch definiert wurde. Ein Verstoß gegen die Regeln der Physik, siehe `Regeln der Physik´. Wie physikalische Größen müssen auch physikalische Begriffe definiert sein!
Das wie oft zufällig `passende´, technisch einigermaßen verwertbare Ergebnis aus mathematischen Rechenkünsten trotz falscher Theorie ist wieder einmal Beweis dafür, was Mathematik in der Physik für Unheil anrichtet.
Die Mathematik eines Geschehens ist nach Kenntnis ihres physikalischen Ursprungs immer einfacher, verständlicher, genauer und überhaupt erst voraussagefähig.

Luftkraft wie Auftrieb hängt ausschließlich vom aerokinetischen Vorgang ab,
nicht vom auch am Tragflügel sekundär vorhandenen bernoulliisch gaskinetischen!


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