Flugphysik: Gleichgewicht, Auftrieb und Strömungsabriss

Gleichgewicht am Flugzeug
Voraussetzungen für die nationale Flugplanung

Gleitwinkel und Gewicht
Gleitwinkel: Das Gewicht beeinflusst den Gleitwinkel nicht.

Gleitflug mit maximalem Gewicht
Ein Flugzeug mit größerem Gewicht hat dieselbe Gleitzahl. Mit zunehmender Höhe bleibt der Gleitwinkel gleich.

Gleitflug mit Stabilisierung
Bei konstantem Schub und Gleitwinkel gilt: Der Gleitflug kann über 80 km, zum Beispiel bei 20 km Gegenwind, bis zu 100 km betragen.

Schwerpunkt (CG) und Stabilität

Der Schwerpunkt (CG) und der Druckpunkt (CP) müssen sich im Verhältnis zueinander so befinden, dass das Flugzeug stabil bleibt. Die Wägung des Schwerpunkts erfolgt in Prozent der mittleren aerodynamischen Flügeltiefe (CMA).

• Schwerpunkt vorn: stabiler, aber schwerer zu steuern
• Schwerpunkt hinten: instabiler, aber wendiger

Steuerung und Kurvenflug

Beim Kurvenflug mit Seitenruder ohne Querruder kann es zu Schieben oder Gleiten kommen. In der Kurve wirkt die Zentripetalkraft horizontal und zieht das Flugzeug zum Kurvenmittelpunkt.

• Positive Querneigung: Das Flugzeug neigt sich in der Querachse.
• Dynamische Last: Die horizontale Belastung nimmt in der Kurve zu.

Auftrieb, Widerstand und Geschwindigkeit

Die Auftriebskraft muss dem Gewicht entgegenwirken. Ist das Gewicht größer als der Auftrieb, sinkt das Flugzeug. Mit zunehmendem Anstellwinkel steigt der induzierte Widerstand, während die Geschwindigkeit sinkt.

• Die Geschwindigkeit hängt von der Leistung und vom Luftwiderstand ab.
• Eine größere Flügelfläche verringert die Strömungsabrissgeschwindigkeit.
• Die Dichte der Luft beeinflusst den Auftrieb.

Strömungsabriss (Stall)

Ein Strömungsabriss tritt auf, wenn der Anstellwinkel zu groß wird und die Strömung an der Flügeloberseite (Extrados) abreißt. Je schwerer das Flugzeug, desto höher die Strömungsabrissgeschwindigkeit.

Start, Landung und Sinkflug

• Abheben: Der Anstellwinkel wird vergrößert, bis der Auftrieb das Gewicht übersteigt.
• Sinkflug: Die Sinkgeschwindigkeit hängt vom Gewicht und vom Anstellwinkel ab.
• Klappen: Klappen erhöhen den Auftrieb und verringern die Landegeschwindigkeit.

Propeller und Antrieb

Der Propeller erzeugt Schub durch die Rotation seiner Blätter. Die Blattwinkel, die Blattform und die Drehzahl bestimmen die Schubleistung. Der Staudruck und der statische Druck beeinflussen die Strömung am Propeller.

Zusammenfassung

Gewicht, Auftrieb, Schub und Widerstand stehen im Gleichgewicht. Der Strömungsabriss ist die wichtigste Gefahr bei zu großem Anstellwinkel und zu geringer Geschwindigkeit.