Warum können Flugzeuge fliegen? Das Geheimnis liegt noch immer in der Luft

„Es ist so schnell, dass es gleich fliegen wird.“ Wir verwenden oft eine ähnliche Sprache, um ein Objekt zu beschreiben, das sich sehr schnell bewegt, aber tatsächlich ist es ein Objekt, das nicht fliegen kann. Egal wie schnell es sich bewegt, es wird nicht fliegen.

Die Geschwindigkeit eines Flugzeugs beim Abheben hängt von vielen Faktoren ab, beispielsweise von der aktuellen Windgeschwindigkeit und der Beladung des Flugzeugs. Es handelt sich dabei zwar nicht um einen festen Wert, aber grob gesagt liegt die Startgeschwindigkeit eines normalen Zivilflugzeugs zwischen 250 und 290 Kilometern pro Stunde, während die Startgeschwindigkeit eines Kampfjets bei etwa 350 Kilometern pro Stunde liegt. Es besteht kein Zweifel, dass die Beschleunigung ein wichtiger Teil des Startvorgangs eines Flugzeugs ist, aber sie ist nicht der kritischste Faktor, sonst wäre der Hochgeschwindigkeitszug schon längst gestartet. Nehmen Sie als Beispiel den von China unabhängig entwickelten und hergestellten Elektrotriebwagen „Fuxing“. Seine Höchstgeschwindigkeit kann 400 Kilometer pro Stunde erreichen, was schneller ist als die Startgeschwindigkeit eines Flugzeugs, aber er bleibt trotzdem stabil auf der Spur.

Wenn ein Objekt fliegen möchte, muss es Auftrieb erzeugen, und dieser Auftrieb wird nicht direkt durch die Geschwindigkeit erzeugt. Nur wenn eine spezielle Struktur und Geschwindigkeit zusammenwirken, kann die Kraft erzeugt werden, die ein Objekt fliegen lässt.

Welche strukturellen Unterschiede gibt es zwischen Flugzeugen, Hochgeschwindigkeitszügen und Autos? Der größte Unterschied besteht darin, dass das Flugzeug zwei Flügel hat. Seit die Gebrüder Wright im Jahr 1903 das Flugzeug erfanden, hat sich das Aussehen von Flugzeugen mehrfach verändert. Mittlerweile tauchen in einem endlosen Strom Flugzeuge mit unterschiedlichem Aussehen und unterschiedlicher Struktur auf. Solange es sich jedoch um ein Flugzeug handelt, ist eines unverzichtbar: „Flügel“. Das Gesamtgewicht eines zivilen Verkehrsflugzeugs kann mehrere hundert Tonnen erreichen. Kann ein so riesiges, Hunderte Tonnen schweres Flugzeug nur durch die Anbringung von zwei Flügeln fliegen? Es ist wahr.

Wie verleihen Flügel einem Flugzeug Auftrieb? Dies muss mit einem Prinzip beginnen, nämlich dem Bernoulli-Prinzip.

Das Bernoulli-Prinzip wurde 1726 von Daniel Bernoulli vorgeschlagen. Einfach ausgedrückt: In einer idealen Wasser- oder Luftströmung, bei der die Viskosität vernachlässigbar ist, ist der Druck umso größer, je geringer die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist, und umgekehrt. Das häufigste Beispiel für das Bernoulli-Prinzip in unserem täglichen Leben ist das Warten auf die U-Bahn. Wenn viele Menschen zusammen auf dem Bahnsteig stehen und auf die U-Bahn warten, bilden sie eine menschliche Mauer, die die Luft nach vorne und nach hinten isoliert. Zu diesem Zeitpunkt erreicht die U-Bahn die Station und die Luft vorn strömt mit hoher Geschwindigkeit, sodass der Druck geringer wird, während die Luftströmungsgeschwindigkeit dahinter noch sehr langsam ist und daher der Druck sehr hoch ist. Dann werden wir eine Kraft spüren, die uns vorwärts treibt. Diese Kraft entsteht durch den Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite. Oftmals gehen wir fälschlicherweise davon aus, dass die Leute dahinter sich absichtlich nach vorne drängen und dadurch Konflikte verursachen.

In der Vergangenheit kam es in einem bestimmten Land zu einem Sicherheitsunfall, bei dem aufgrund des Bernoulli-Prinzips viele Menschen auf die U-Bahn-Gleise fielen.

Auch die Flügel eines Flugzeugs nutzen das Bernoulli-Prinzip. Bei genauerem Hinsehen werden wir feststellen, dass die Flügel eines Flugzeugs, egal wie ungewöhnlich sein Aussehen auch sein mag, ähnliche Merkmale aufweisen. Das heißt, das vordere Ende des Flügelquerschnitts ist abgerundet und stumpf, während das hintere Ende spitz ist. Von oben nach unten betrachtet scheint die Oberseite des Flügels erhöht zu sein, während die Unterseite des Flügels im Wesentlichen flach ist. Der Grund für diese Konstruktion besteht darin, dass die Luftströmung über und unter dem Flügel unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten aufweisen soll.

Wenn das Flugzeug auf der Landebahn losfährt, unterscheidet sich die Luftströmungsgeschwindigkeit über der Tragfläche von der Luftströmungsgeschwindigkeit unter der Tragfläche, wobei die Luftströmungsgeschwindigkeit darüber schneller und die Luftströmungsgeschwindigkeit darunter langsamer ist.

Mit zunehmender Geschwindigkeit des Flugzeugs wird der Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem Luftstrom über und unter den Flügeln immer größer, d. h., der Druck über dem Flugzeug wird immer kleiner, während der Druck darunter relativ größer ist, sodass Auftrieb erzeugt wird. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt der Auftrieb allmählich zu, bis er größer ist als die eigene Schwerkraft des Flugzeugs. Ab diesem Punkt kann das Flugzeug fliegen. Der Auftrieb eines Flugzeugs hängt eng mit zwei Faktoren zusammen: zum einen mit der Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs und zum anderen mit der Größe seiner Flügel. Je größer der Flügel, desto größer der Auftrieb, den er erzielt. Daher haben die Transportflugzeuge, die wir sehen, normalerweise sehr spektakuläre „Flügel“.

Nach dem Abheben durchquert das Flugzeug schnellstmöglich die Troposphäre und erreicht eine Reiseflughöhe von 6.000 bis 12.000 Metern. Da die Luftströmung hier überwiegend horizontal verläuft, spricht man von der „Stratosphäre“.

Wenn ein Flugzeug in der Stratosphäre fliegt, wird es grundsätzlich nicht von Luftströmungen beeinflusst und ist relativ stabil. Daher beginnen die Flugbegleiter zu diesem Zeitpunkt, uns ihre Dienste anzubieten. Beim Starten und Landen eines Flugzeugs kann es leicht zu Turbulenzen kommen, da das Flugzeug die Troposphäre durchqueren möchte. Wenn Sie zu diesem Zeitpunkt noch im Flugzeug herumlaufen, kann es leicht zu einem Sicherheitsunfall kommen. Daher werden wir zu diesem Zeitpunkt normalerweise aufgefordert, uns auf unsere Plätze zu setzen und unsere Sicherheitsgurte anzulegen. Da der Auftrieb eines Flugzeugs auf der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeit der Gase beruht, ist es für ein Flugzeug unmöglich, die Erde zu verlassen und in den Weltraum zu fliegen. Das von einem britischen Unternehmen entwickelte Raumflugzeug sieht zwar nur aus wie ein Flugzeug und hat auch den Namen eines solchen, ist aber kein echtes Flugzeug, genauso wie eine Schildkröte kein Fisch ist.

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