Warum kann ein Hubschrauber ├╝berhaupt fliegen? Teil 2

Dieser Teil ist der zweite Teil – es w├╝rde unter Umst├Ąnden sinnvoll sein, zun├Ąchst den ersten Teil zu lesen. Sie finden Ihn hier:┬á Teil 1: Einleitung

Teil 2: Bernoulli, Dr├╝cke, Auftrieb im Detail

In diesem Kapitel geht es um die physikalischen Grundlagen. Wenn Sie Physik generell interessiert, sollten Sie es nat├╝rlich durchlesen. Wenn Sie mit dem Physikunterricht in der Schule eher auf Kriegsfu├č standen, sollten Sie es erst recht lesen.

Es geht nicht ohne Physik

Auf ein Objekt wirkt immer der Druck des ihn umgebenden Fluids, zum Beispiel Gas, Luft oder Wasser. Wenn das Objekt ruht, ist es nur der statische Druck. Wenn das Objekt sich bewegt, entsteht aufgrund der Bewegung zus├Ątzlich ein dynamischer Druck entgegen der Bewegungsrichtung. Senkrecht zu dieser Richtung nimmt daf├╝r der statische Druck ab. Insgesamt wirken auf ein Objekt also immer statischer und dynamischer Druck gemeinsam ÔÇô beides zusammengez├Ąhlt ergibt den Gesamtdruck.

Nach Bernoulli setzt sich der Gesamtdruck┬áp┬áeines Fluides wie Gas, Luft oder eine Fl├╝ssigkeit aus statischem und dynamischem Druck zusammen.┬áp┬áist abgeleitet von dem englischen Wort ÔÇ×pressureÔÇť f├╝r das deutsche Wort ÔÇ×DruckÔÇť. Dieser Gesamtdruck ist unter bestimmten Annahmen als konstant anzusehen:

pgesamt = pdynamisch + pstatisch = constant

Der┬ádynamische┬áDruck┬áist der Druck, der durch Bewegung eines Fluids (Gas, Luft, Wasser) entsteht und in Str├Âmungsrichtung wirkt. Wenn Sie beispielsweise einen Schirm in den Wind halten, sp├╝ren Sie den dynamischen Druck der bewegten Luft.

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Abbildung 4: Der Wind auf dem Schirm und die Person erzeugt dynamischen Druck

Der┬ástatische Druck┬áist dabei der Druck, der rechtwinklig zur Str├Âmungsrichtung auf die Seitenfl├Ąchen wirkt (Abb. 5). Er wird mit zunehmendem dynamischem Druck immer geringer. Er zieht also aufgrund des geringeren Drucks Objekte in seine Richtung. Wie zum Beispiel einen Fl├╝gel.

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Abbildung 5: Da der M├Ânch und seine Umgebungsluft ruhen,
wirkt auf Ihn nur der statische Druck

Die sogenannte┬ádynamische Auftriebskraft┬áentsteht schlie├člich durch die Anstr├Âmung eines Fl├╝gels, an welchem die Luft auf der Profiloberseite einen weiteren Weg als an der Unterseite zur├╝cklegen muss. Um den l├Ąngeren Weg entlang der Profiloberseite in der gleichen Zeit zu schaffen wie die Kollegen an der Unterseite, bewegt sich die Luft dort sehr viel schneller. Somit ist der statische Druck an der Profilunterseite gr├Â├čer, als an der Oberseite. Da sich Objekte vom hohen Druck weg und zum niedrigen Druck hin bewegen m├Âchten, will sich der Fl├╝gel mit einer bestimmten Kraft nach oben bewegen. Diese Auftriebskraft wird durch die Druckdifferenz erzeugt und wird nat├╝rlich von vielen weiteren Faktoren wie zum Beispiel der Fl├╝gelform und Fl├╝gelfl├Ąche beeinflusst.

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Abbildung 6: Der Fl├╝gel m├Âchte sich nach oben bewegen┬á

Das eben Gelernte in der Praxis: Flugzeugstart Schritt f├╝r Schritt

  1. Das Flugzeug steht am Anfang der Startbahn und bewegt sich nicht. Es weht kein Wind. Auf die Fl├╝gel wirkt nur statischer Druck von allen Seiten ÔÇô so wie im Beispiel vorher auf den M├Ânch. Das Gewicht des Flugzeugs dr├╝ckt nach unten.
  2. Das Flugzeug beschleunigt nach vorne. Es entsteht dynamischer Druck von vorn an den Fl├╝geln. Die Luft, die an der gew├Âlbten Oberseite des Fl├╝gels vorbeistr├Âmt, muss schneller sein und l├Ąsst dort den statischen Druck sinken. Die wegen der noch geringen Geschwindigkeit des Flugzeugs am Fl├╝gel entstehende Auftriebskraft reicht aber nicht, um das Flugzeug anzuheben. Der Pilot weiss das und gibt Vollgas.
  3. Das Flugzeug rast die Startbahn entlang. Es str├Âmt nun viel mehr Luft viel schneller an der Fl├╝geloberseite vorbei. Der dynamische Druck dort ist jetzt sehr hoch, was bewirkt, dass der statische Druck sehr gering ist. Ein sehr geringer statischer Druck erzeugt eine starke Auftriebskraft. Sie ist nun stark genug, um dem Gewicht des Flugzeugs entgegenzuwirken ÔÇô es hebt mit dem Fahrwerk vom Boden ab.
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Abbildung 7: Die Fl├╝gelneigung verst├Ąrkt den Auftriebseffekt

Wir k├Ânnten das Flugzeug auch am Boden festbinden und stattdessen eine Menge Ventilatoren davor aufstellen, um die n├Âtige Anstr├Âmung zu erzeugen. In Windkan├Ąlen werden auf diese Art Fl├╝gelprofile getestet. Der Auftrieb k├Ânnte noch verst├Ąrkt werden, wenn der Weg der Luft oben herum noch k├╝nstlich verl├Ąngert wird, etwa durch Ver├Ąnderung des Profils oder Neigen des ganzen Fl├╝gels (Abb. 7). Damit w├Ąren wir dem Hubschrauber schon etwas n├Ąher gekommen. Doch im n├Ąchsten Teil zun├Ąchst Gr├╝sse von Isaac Newton.

Im n├Ąchsten Teil:

  • Reaktionsprinzip und Impulserhaltung von Isaac Newton
  • Von Autofenstern, Brotdosen, B├╝rost├╝hlen und Bud Spencer
  • Was den Hubschrauber vom Papierflieger unterscheidet

Teil 3 findet sich hier: Warum kann ein Hubschrauber fliegen Teil 3

Von |2020-12-08T13:51:16+01:00April 6th, 2018|Allgemein|Kommentare deaktiviert f├╝r Warum kann ein Hubschrauber ├╝berhaupt fliegen? Teil 2