Aero-Kinetik ist Teil der Festkörper-Kinetik aus der Mechanik der Physik. Sie gilt für alle Fluide. Das Grundprinzip
ist die mittels Energieeintrag verursachten Bewegungsänderungen der Fluide. Dabei gilt:
Jedes einzelne Teilchen von Gasen oder Fluiden (Molekül) ist als Festkörper zu betrachten.
Aerokinetik bezeichnet die Geschehnisse, die daraus resultieren, daß Gase durch Oberflächen von Festkörpern
ursächlich verschoben werden. Dabei werden Energien von Körpern auf Fluide übertragen. Einwirkungen
auf Gase entstehen durch drücken wie saugen durch Körperoberflächen. Das geschieht mechanisch nach
Newtons Gesetzen. Dabei entstehen Kräfte dadurch, daß Körperoberflächen die Bewegungszustände
von Gasen, die diese ohne Einwirkung beibehalten hätten, gegen deren mechanische Trägheitswirkungen
ändern. In der Luft heißen diese Kräfte Luftkräfte.
Für aerokinetische Geschehnisse ist es unerheblich, ob sich Körper oder Luft gegenüber der Erdoberfläche bewegen
oder nicht, das Koordinatensystem der Erdoberfläche ist dafür irrelevant. In jedem Fall, d. h. immer, agieren die
Körperoberflächen, stellen auf Kräfte bezogen die Aktionskräfte, ob gegenüber der Erdoberfläche bewegt oder nicht.
Das gilt gleichermaßen für ein feststehendes Haus, das änderungen in der Windströmung verursacht wie ein sich
in der Luft bewegendes Flugzeug, das Luftmassen nach unten bewegt, um oben zu bleiben. Beide agieren
auf die Massen der Luft. Die Luft revanchiert sich mit Kräften, Reaktions- bzw. Rückstoßkräften. Das Koordinatensystem
aerokinetischer Vorgänge, ihr natürliches Koordinatensystem, ist die Luft in dem Zustand, den sie ohne Beeinflussung
durch Körperoberflächen beibehalten hätte. Alle der Luft erteilten Abweichungen gegenüber diesem Zustand stellen
aerokinetische Geschehnisse dar.
Diese Definition steht entgegen der heutigen nachweislich falschen Schulweisheit, die aus einem falschen
Koordinatensystem, dem `menschlichen´, stammt. Der Mensch muß sich langsam eingestehen, daß sich die
meisten Naturgeschehnisse nicht auf ihn, sein Koordinatensystem (im Haus, im Flugzeug, am
Windkanal) beziehen. Weder die Sterne ziehen über ihm vorrüber, noch die Luft kommt auf ihn
als Pilot zu. Aerokinetische Vorgänge sind zudem rein relativ, sie beziehen sich auf gar keinen Fixpunkt,
weder einem auf der Erde noch einem aus dem gesamten Kosmos. Sie beziehen sich ausschließlich auf die Luft,
unabhängig davon, ob sich diese bewegt oder nicht.
Die durch die Bewegungsänderungen von Luftmassen gegenüber ihren unbeeinflußten Zuständen entstehenden
aerokinetischen Kräfte sind Reaktionskräfte, da aus der Summe der Impulsänderungen der
beeinflußten Luftteilchen entstehend. Bewegungsänderungen von Luftmassen bedingen eines Energieeintrages,
was eine Betrachtung der Vorgänge nach der schulischen Bernoullitheorie definitiv ausschließt, da in Vorgängen nach
Bernoullischen Gesetzen Energiezu- und -abfuhren verboten sind. Ein Flugzeug kann nur fliegen, indem es speziell
dafür Energie in die Luft einträgt, ansonsten könnte auch kein Windkraftrotor Energie aus der Luft entnehmen.
Die Reaktions- bzw. Rückstoßkräfte der Luftteilchen liegen als Drücke an den Konturen der die Luft beeinflussenden
Körper vor. Die Summe aller örtlichen Drücke um einen gesamten Körper herum ist ungleich Null, sie entspricht der
Luftkraft. Die Drücke an den Konturen in Luft bewegter Körper reichen von überdruck bis Unterdruck gegenüber dem
Umgebungsdruck.
Diese mechanisch aerokinetisch verursachten Druckunterschiede an Körperkonturen führen in Folge zu
Ausgleichsbewegungen von Luft von Gebieten höheren zu niedereren Drücken. Die in diesen Ausgleichsströmungen
entstehenden Druckänderungen nach Bernoulli ohne Energiezu- und -abfuhr addieren sich örtlich auf die
mechanisch aerokinetisch zuvor erzeugten Drücke. Die Bernoullischen nur Folgedrücke addieren sich rund um
einen Körper für sich allein betrachtet zu Null, erzeugen dadurch keine äußeren Kräfte auf die Körper!
Aerokinetik ist die Lehre über das mechanische Bewegungs-Verhalten von Luft und anderen Gasen auf Grund
ihrer Massebehaftungen.
Aerokinetik gilt im gesamten Geschwindigkietsgereich bis zu x-facher Schallgeschwindigkeit. Aerokinetische
Grundprinzipien gelten für alle Fluide. Deswegen können auch Flugmodelle in Wasser getestet werden.
Auftrieb
Auftrieb ist eine der Richtung der Schwerkraft entgegengesetzt gerichtete Kraft.
Statischer Auftrieb
Ein Körper erfährt eine Auftriebskraft, wenn er sich in einem fließfähigen Medium befindet. Die Auftriebskraft ist der
Schwerkraft entgegen gerichtet und hat die Größe des Gewichts der verdrängten Menge des Mediums. Körper in
Luft erfahren somit auch eine Auftriebskraft. Diese ist jedoch so klein, daß sie z. B. beim Wägen von festen
Körpern nach den Handelsgesetzen zu keiner Korrektur führt, da der Fehler unterhalb des zulässigen liegt.
Daß ein Ballon fliegt, fußt auf vorgenanntem Zusammenhang, nur das verdrängte Luft-Volumen ist so groß, daß der
Auftrieb größer als das Gewicht wird.
Kinetischer Auftrieb
Auch dieser, bisher mit `dynamischer´ Auftrieb bezeichnet, ist definitionsgemäß der Schwerkraft entgegengerichtet.
Er ist die senkrechte Komponente der Luft-Kräfte aus der Luftmassen zugefügen Bewegungsänderungen.
Bernoullische Gesetze
Beschreibung der Beziehungen zwischen innerem Druck und äußerer Geschwindigkeit von Gasen/Fluiden ohne
äußere Energiezu- oder -abfuhr. Die Bernoullischen Gesetze sind Nebeneffekte der Wärmelehre, deren Grundlage
innere Bewegungen von Gas/Fluid-Teilchen sind.
Diffusor
Querschnittserweiterung für eine Strömung mit daraus folgernder Geschwindigkeitsverminderung unter Einhaltung der
Bedingungen für die Gültigkeit der Bernoulli´schen Gesetze (weder Energiezu- wie -abfuhr). In einem Diffusor steigt
der innere Druck in Strömungsrichtung auf Kosten der äußeren Geschwindigkeit der Gase/Fluide an. Demenstsprechend
erhöht sich die innere Geschwindigkeit der Moleküle, also die Temperatur.
Düse
Begrenzter Auslaßquerschnitt mit sinnvollem Querschnittsübergang aus einem Raum höheren Druckes zur Umsetzung
des Differenzdruckes zwischen innen und außen in Geschwindigkeit nach den bernoullischen Gesetzen. Innere
Geschwindigkeiten der Moleküle verschieben sich zu äußerer Geschwindigkeit. Die Verminderung der inneren
Geschwindigkeiten der Moleküle führt zu einer Temperaturerniedrigung. Eine Düse stellt das funktionelle Gegenteil
eines Diffusors dar.
Fahrtwind
Eine nur scheinbare Luft-Strömung aus Sicht eines sich in Luft bewegenden Beobachters. Der innere Druck
der Luft ist an allen Stellen gleich, was in Fahrtwind keine Unterdruckentstehung nach den bernoulliischen
Gesetzen ermöglicht. Fahrtwind zeigt die Geschwindigkeit eines sich in Luft bewegenden Körpers an, nicht eine
Geschwindigkeit der Luft.
Gasdynamik
Gasdynamik muß ebenfalls umbenannt werden, in Gas-Kinetik. Während Aero-Kinetik die äußeren Bewegungen
von Luft behandelt, soll Gas-Kinetik die inneren Bewegungsvorgänge (Wärmebewegungen) darstellen. Das Schlagwort
Bernoulli-Effekt stellt inhaltlich das wesentliche der Gaskinetik dar. Der Summenenergieinhalt von innerer und äußerer
Bewegung der Luftmassen bleibt dabei konstant, während er sich bei der Aerokinetik verändert, indem Energie aus
der Luft entzogen (Windkraftanlagen) oder hinzu gefügt wird (Gebläse, Flugzeug).
Luftkraft
Luftkraft entsteht bei gegenseitigen Bewegungen zwischen Luft und Körpern. Die Körper verursachen dabei
Verschiebungen von Teilen der Luft. Die Verschiebungen benötigen Beschleunigungen dieser Teile von Luft in der
umgebenden. Die dafür nötigen Beschleunigungskräfte werden von einem Flugzeug im stationären Flug von dessen
Gewicht aufgebracht, von einem Ventilator (Propeller) seiner Antriebsleistung entnommen und umgekehrt einem
Windkraftrotor aus dem Impuls der Luft zugeführt. Der aerokinetische Vorgang geschieht jedoch immer
ursächlich vom Körper zur Luft, egal, wer sich wie relativ zur Erde bewegt oder nicht oder in welche Richtung ein
Energiefluß stattfindet. Körper erzeugen die Aktionskräfte, Luftkräfte sind Reaktionskräfte. Verschiebungen von
Teilen der Luft durch Körper in der Luft sind aerokinetische Vorgänge, die sich immer auf die Zustände beziehen, die die
Luft ohne das Vorhandensein der Körper beibehalten hätten oder: Luftkräfte entstehen nur aus durch Körper verursachten
änderungen kinetischer Zustände der Luft.
Staudruck und Rücksog
Entstehende Drücke in Luft an Körperflächen, die sich in ihren Senkrechten gegen die Luft bewegen. An der Frontfläche
entsteht überdruck, an der Rückfläche Unterdruck (Sog).
Der überdruck vorn entsteht daraus, daß Luftteilchen (Moleküle) auf die Geschwindigkeit der sich gegenüber der
Luft bewegenden Objekte beschleunigt werden müssen. Der Körper nimmt Luftteilchen, die nicht zur Seite ausweichen
können, mit sich mit. Das verrichtet auch eine Hausseite, die im Koordinatensystem der Erde von Wind angeblasen wird.
Im Koordinatensystem der Aerokinetik, der Luft, bewegt sich dagegen die Hausfläche gegen die Luft und beschleunigt
Luftteilchen im Wind gegen dessen Richtung.
Sog auf der Rückseite entsteht daraus, daß diese durch ihre Wegbewegung von anliegender Luft mechanisch/geometrisch
einen Freiraum schafft, der Luft von hinten ansaugt. Auch deren Beschleunigung findet gegen ihre Massenträgheit statt,
was einen Unterdruck entstehen läßt. In Umgangssprache: der geometrisch stetig neu frei werdende Raum hinter
einem sich gegen die Luft bewegenden Körper (Haus, Auto, Flugkörper)) kann auf Grund der Trägheit der Luftteilchen
nicht schnell genug aufgefüllt werden, was einen Unterdruck entstehen läßt.
Strömung
Fluß von Luft von einem Gebiet höheren zu einem niederen Druckes auf Grund eines vorliegenden Druckgefälles.
Jede Strömung hat somit einen Anfang und ein Ende.
Der innere Druck der Luft nimmt vom Anfangsdruck zum Enddruck ab und liegt auf dem gesamten Strömungsweg
zwischen den Werten des Anfangs- und des Enddruckes. Eine Ausnahme entsteht vor einem Diffusor. Dort
entsteht ein Druck unter dem am Diffusorausgang. Mündet der Diffusorausgang in die freie Athmosphäre, so
besteht vor dem Diffusor Unterdruck. Besonders diese Erscheinung wird mit Bernoullieffekt bezeichnet. Der
Bernoulli-Effekt kann nur in einer Strömung entstehen, die einem Druckgefälle folgt, also niemals
in Fahrtwind!
Sog
Zieht sich eine Fläche, an der Luft anliegt, mechanisch zurück, so entsteht geometrisch ein freier Raum. Die Fläche
kann die Oberseite eines bewegten Kolbens oder die Rückseite eines bewegten Fächers oder die Oberseite eines
schlagenden Insektenflügels oder eines gegen die Bewegung angestellten Flugzeugtragflügels oder die Rückseite
eines bewegten beliebig gestalteten Körpers sein. In dem so freigelegten Raum entsteht Unterduck, da Luft auf Grund
ihrer Massenträgheit nicht schnell genug in ihn hinein fließen kann.
So entstehender Unterdruck wird mit Sog bezeichnet. Die Sogkraft entsteht als Produkt aus Unterdruck mal Flächengröße.
Der Nachfluß von Luft in so frei gelegte Räume geschieht jedoch nicht durch die so entstehende Sogkraft, sondern
dadurch, daß der Umgebungsdruck der Luft die umgebende Luft in den mechanisch frei gelegten Raum hinein beschleunigt.
Ein direktes Ziehen bzw. Saugen von Luft ist nicht möglich. Trotz dieser Unmöglichkeit wird der beschriebene
Vorgang als Saugen (beim Verbrennungsmotor als Ansaugen) bezeichnet. Saugen bedeutet also, daß Freiraum
geschaffen werden muß, um der umgebenden Luft die Möglichkeit zu geben, durch ihren inneren Druck sich selbst
antreibend da hinein zu strömen. Diese Strömungen folgen den Gesetzen von Bernoulli bzw. der Gas-Kinetik.
Der so definierte Sogvorgang wird speziell in der Aerokinetik durch die nach hinten abfallende Oberfläche eines nach
vorn bewegten Tragflügels ausgenutzt. Der durch das mechanisch/geometrische `Freiraumschaffen´ an der abfallenden
Oberseite entstehende Sog erzeugt den maßgeblichsten Teil der Auftriebskraft eines Tragflügels. Das gleiche
Soggeschehen findet in einem begrenzten Bereich hinter der dicksten Stelle eines Balles statt, da sich die Balloberfläche
bei der Durchbewegung des Balles an jeder Stelle in der Luft hinter seinem größten Durchmesser wieder zurückzieht
und dadurch von den Seiten Luft beisaugt. Geschieht das, aus welchen Gründen auch immer, für den gesamten
Ball gesehen unsymmetrisch, so wird die dadurch seitlich zur Bewegungsrichtung entstehende Kraft als Magnuskraft
bezeichnet. Das durch das Ansaugen von Luft zu sich zurückziehenden Oberflächen führende `Anliegen´ von
Strömungen im Koordinatensystem des Flugobjektes wird mit Coanda-Effekt bezeichnet.
Wirbel
Wirbel müssen durch etwas erzeugt werden, sie entstehen nie `von allein´!
Die in der Aerokinetik vorliegenden Wirbel entstehen an Grenzen von Luftmassen, die sich unterschiedlich bewegen.
Somit rund um die gesamte Flugbahnfläche eines Flugzeugs, in dem Luft gegenüber der umgebenden nach
abwärts strömt. Wäre das nicht so, würden keine Wirbelschleppen existieren.
Wirbel entstehen örtlich eigenständig an jeder Stelle gegenseitigen Verschiebens von Luft. `Ein Wirbel
entsteht, weil ein anderer....´ ist Pseudophysik. `Verbindungen´ von einem Wirbel zu anderen gibt es nicht. Weder weiß
ein rechter Wirbel, daß es einen linken gibt (Wirbelschleppe hinter Flugzeugen) noch ein vorderer (Profilwirbel), daß es
einen hinteren (Anfahrwirbel) gibt. `Gebundene´ Wirbel gibt es ebensowenig, sind reine Sprachschöpfungen, außer, daß
Wirbel an gegenseitige Luftverschiebungen `gebunden´ sind, was für diese Wortschöpfung aber nicht gemeint war.
Ebenso ist der Begriff eines `tragenden´ Wirbels eine nur rhetorische Erfindung um etwas Falsches schein erklären zu
können. Kein Wirbel kann etwas tragen! Kräfte der Luft zum tragen von Körpern schwerer als Luft können ausschließlich
aus aerokinetischen Vorgängen mittels Ausnutzung der Trägheit von Luftmassen entstehen.
Wirbel entstehen und befinden sich an Luftmassenverschiebungsgrenzen. Diese umschließen im freien Luftraum einen
sich darin bewegenden Luftstrom. Wird der sich darum bildende Ringwirbel geistig axial durchschnitten, so zeigen
sich in der Schnittfläche zwei sich gegensinnig drehende Wirbel. Das läßt sich experimentell in einer Kaffetasse
nachvollziehen. Ein halb eingetauchter Löffel wird kurz wie ein Paddel bewegt. Somit erzeugt er innerhalb des
umgebenden Kaffees eine im Querschnitt halbkreisförmige Strömung. Der um den Halbkreis des Strömungsquerschnittes
an der Strömungsgrenze entstehende Wirbel wird an seinen Enden sichtbar. Es erscheinen an der Kaffeeoberfläche
zwei sich gegensinnig drehende Wirbel im Abstand der Löffelbreite. Dieses Bild war Auslöser für die These,
Wirbel könnten nur im gegensinnig drehenden Doppel entstehen. In Wahrheit ist es aber nur ein Wirbel, an dem
Halbkreisbogen des Strömungsquerschnittes unter Wasser. Er dreht sich in einer Richtung, nur der Blick auf seine
Enden sieht nur optisch zwei gegenläufige, die es also gar nicht gibt: es sind nur zwei unterschiedliche Schnittflächen
eines Wirbels!
Ein Flugzeug erzeugt eine Strömung von Luft nach unten auf seiner gesamten Flügelbahnbreite. An der Umfangslinie
dieser Strömung entsteht somit ein Wirbel. Trotz der sehr lang gezogenen Geometrie des Strömungsquerschnittes
`Flugzeugbahnfläche´ ist es ein Ringwirbel, rund herum geschlossen. An der stetig weiter voran schreitenden
Vorderfront entlang der Spannweite der Flügel entsteht der Vorderteil des Ringwirbels um die Flugzeugbahn stetig
neu. Aber auch er gehört zwingend nur zur Grenzlinie zwischen ruhender und abwärts strömender Luft. Er gehört
nicht zum Flügel! Der Flügel befindet nur an dem Ort, wo Luft gegen Luft in Bewegung versetzt wird.
Allerdings verursacht der Flügel die Luftbewegung nach unten. Der Wirbel an dieser Vorderfont der Flugzeugbahn
hat geometrisch nur die Möglichkeit, sich um das Flügelprofil herum zu drehen. Diese Tatsache führte zum
Mißverständnis, daß er an den Flügel `gebunden´ und da er sich an dem Ort befindet, wo Auftrieb entsteht,
auch `tragend´ sei. Beide Aussagen sind Unsinn.
Liegt eine Luftströmung an Oberflächen fester Körper an, so bildet ihr Querschnitt keinen Ring mehr, sondern nur noch
Ringabschnitte. Körperoberflächen `schneiden´ somit Strömungsquerschnitte wie zuvor im Kaffeetassenexperiment
geschildert. Umfangswirbel um Strömungsquerschnitte enden somit zusammen mit der Strömung an den Strömungsgrenzen
der wirbelnden Medien. Das zeigt der Kaffeetassenwirbel deutlich. An Luft enden Fluidwirbel genau so wie Luftwirbel
an festen Flächen. Aus diesen an Flüssigkeitsoberflächen sichtbaren Wirbelgeschehnissen entstand der Satz, daß
auch die leider unsichtbaren Luftwirbel immer an festen Körperflächen enden müssen, als Ausnahme an sich selbst,
als Ringwirbel. Das ist nach dem Ursache-Wirk-Prinzip nicht richtig: die Grenzlinien von strömender gegen
nichtströmende Luft (Strömungsquerschnittsgrenzlinien) bei an fester Oberfläche anliegender Strömung enden an
diesen. Wirbel sind nur an sie gebunden. Nicht Wirbel bestimmen, wo sie enden, sondern die Grenzlinien von
Strömungsquerschnitten. Würde ein Nurflügelflugzeug mit an einer Wand anliegender Flügelhinterkante schlagartig
starten, so würde kein Anfahrwirbel entstehen! Die Abwärtsströmung von Luft auf der Flugbahn liegt dann an der Wand an.
Resümee: Luftwirbel bestehen an den Grenzlinien der Querschnitte von Luftströmungen gegenüber umgebender Luft. Das
ist das physikalisches Prinzip. Dabei ist auch Ursache und Wirkung beachtet: Ursache ist eine Strömung von Luft in Luft.
Nur Folge ist, daß auf der Linie des Querschnittsrands einer Strömung die Luft `dreht´. Wirbel sind Indikatoren für
Strömungsgrenzen von fließfähigen Medien in diesen Medien. Wirbel machen nichts, sie werden gemacht.
Wirbel sind Strömungsgebilde, die sich zwischen sich gegenseitig bewegenden Luft(Gas-, Fluid-)massen mit
Teilen von beiden bilden
Das tun Wirbel an jeder Stelle der Grenzlinie sich gegenseitig bewegender Luftmassen ohne Beeinflußung von oder auf
benachbarte oder bei Ringwirbeln von oder auf gegenüber liegende Wirbelabschnitte. Neben diesen Entstehungsvorgängen von
Wirbeln gibt es aber noch andere, die für die Aerokinetmik aber keine Bedeutung haben.
flugtheorie.de