Was ist das Prinzip hinter dem Fliegen von Flugzeugen? [Duplikat]

Flugzeuge fliegen hauptsächlich, weil ihre Flügel Luft nach unten drücken. Wenn die Luft nach unten gedrückt wird, drückt eine nach oben gerichtete Kraft den Flügel nach oben.

Die Abwärtsbewegung der Luft wird durch zwei Methoden erreicht, die beide in Flugzeugen verwendet werden:

1. Die Vorderkante des Flügels ist höher als die Hinterkante, wodurch der Flügel wie ein Keil wirkt. Der Winkel zwischen der Linie von der Vorderkante (Vorderkante des Flügels) zur Hinterkante (Hinterkante des Flügels) und dem auf den Flügel zuströmenden Luftstrom wird als Anstellwinkel bezeichnet .
2. Das Flügelprofil ist so, dass der obere Luftstrom schneller geht als der Luftstrom unter dem Flügel. Wenn sich diese Luftströme an der Hinterkante treffen, neigt der schnellere Luftstrom, der von oben kommt, den Luftstrom nach unten.

Ein Teil des Auftriebs kommt von dem schnelleren Luftstrom auf der Oberseite des Flügels: Wenn der Luftstrom beschleunigt wird, sinkt der Luftdruck, wodurch ein Sog auf der Oberseite des Flügels entsteht.

Um Auftrieb zu erreichen, muss das Flugzeug vorwärts fliegen, also braucht es entweder einen Motor, um es zu drücken oder zu ziehen, oder es muss nach unten gleiten.

Um mehr Auftrieb zu bekommen, erhöhen Flugzeuge entweder den Anstellwinkel (heben die Vorderkante noch höher als die Hinterkante) oder sie fliegen schneller. Um weniger Auftrieb zu bekommen, machen Sie das Gegenteil. Durch die Anpassung des Auftriebs wird das Flugzeug natürlich nach oben oder unten bewegt.

Wenn der Anstellwinkel zu hoch wird, kann die Luft der Krümmung der Flügeloberseite nicht mehr folgen und der Flügel verliert seinen Auftrieb. Dies wird als Stall bezeichnet. Ein Flügel bleibt stehen, wenn das Flugzeug zu langsam fliegt, daher haben alle Flugzeuge eine sichere Mindestgeschwindigkeit.

Natürlich gibt es auch für Flugzeuge eine Höchstgeschwindigkeit, die normalerweise durch die Flugzeugstruktur begrenzt ist, die den Belastungen durch die schnell bewegte Luft nicht mehr standhalten kann.

Wie Jpe61 schrieb , ist es wichtig, dass die Luft nach unten gedrückt wird. Anders als oft behauptet, hat es mit dem Bernoulli-Effekt nicht wirklich etwas zu tun.

Die Strömung an der Unterseite des Flügels ist recht einfach zu verstehen: Luft kollidiert mit der Oberfläche, die sie nicht durchdringen kann, sodass sie gezwungen ist, ihren Weg von einer horizontalen Bewegung zu einer diagonalen Bewegung entlang des Flügels nach unten zu ändern.

An der Stelle, an der der Pfad knickt, muss eine nach unten gerichtete Kraft auf die Luftmoleküle wirken. Nach Newtons drittem Gesetz muss die entgegengesetzte Kraft auf den Flügel wirken, und das drückt das Flugzeug nach oben.

Einfach richtig?

...Nun, das reicht eigentlich nicht. Stellen Sie sich eine Flügelform wie die folgende vor, bei der Sie auch die Ablenkung des Pfades nach unten haben, aber immer noch keinen Nettoauftrieb erhalten:

Dass es keinen Auftrieb gibt, erkennt man daran, dass der Luftstrom nach dem Flügel wieder horizontal ist, dh der Luft kein vertikaler Impuls verliehen wurde.

^{Beachten Sie insbesondere, dass zwei häufig genannte Faktoren nicht ausreichen, um Auftrieb zu erzeugen: 1. Flügelvorderkante höher als Achterkante 2. Oberseite längere Schnur als Unterseite.}

Entscheidend ist also, dass Sie es schaffen, die Luft nach Passieren des Flügels schräg nach unten strömen zu lassen. Hier kommt die Bedeutung der oberen Oberfläche ins Spiel: Sie muss eine ausreichend glatte Kurve bilden, damit die Luft ihr folgt und tangential strömt. In diesem Fall bewegen sich die Ströme über und unter dem Flügel beide an der Hinterkante nach unten, sodass sie einfach wieder zusammenlaufen und diagonal weiterlaufen können.

Aber warum sollte sich die Luft überhaupt die Mühe machen, über dem Flügel nach unten zu krümmen? Schließlich steht dort nichts im Weg, was ihn daran hindern würde, geradeaus weiterzufahren.

Der Grund ist der Umgebungsluftdruck. Wenn sich die Moleküle in einer geraden Linie bewegen würden, gäbe es einen ganzen Vakuumbereich über dem Flügel. An der Grenze zwischen diesem Vakuum und dem obigen Luftstrom gäbe es einen enormen Dichte- und Druckgradienten, der Luftmoleküle nach unten in den Vakuumbereich drücken würde. Dies ist ein sehr heftiger Vorgang; es passiert, wenn Raumkapseln mit Überschallgeschwindigkeit wieder in die Atmosphäre eintreten, aber nicht in Flugzeugflügeln.

Stattdessen erhalten Sie mit einem richtigen Flügelprofil bei angemessener Geschwindigkeit und AOA den reibungslosen Fluss über den Flügel, der kein Vakuum beinhaltet. Es beinhaltet jedoch einen verringerten Druck direkt über dem gekrümmten Teil des Flügels. Es ist der Druckgradient zwischen diesem Niederdruckbereich und der Umgebungsluft mit höherem Druck darüber, der die gekrümmte Strömung aufrechterhält. Und der Niederdruckbereich fügt zusätzlich zum Überdruckauftrieb von der unteren Oberfläche auch Auftrieb hinzu.

^{Es verursacht auch einen Sogeffekt: Luft mit höherem Druck von der Vorderseite des Flügels wird beschleunigt, wenn sie in den Niederdruckbereich gesaugt wird. Der Luftstrom ist dort also schneller – Bernoulli-Effekt . Für das Funktionsprinzip des Aufzugs ist dies jedoch nicht wirklich relevant.}

Bei zu hoher AOA, zu niedriger Fluggeschwindigkeit oder unzureichender Flügelwölbung passiert jedoch etwas anderes: Die Strömung bricht ab , und anstatt sich entlang der oberen Oberfläche zu bewegen, treten unkontrollierte Turbulenzen auf. Dadurch entstehen starke Druckschwankungen, die auch die Strömung unter dem Flügel hinter der Hinterkante stören. Letztendlich ist die gesamte Strömung nach dem Flügel dann turbulent und ohne den Abwärtsimpuls, weshalb ein blockierter Flügel keinen Auftrieb oder drastisch reduzierten Auftrieb erzeugt.

Kurz gesagt, Flugzeuge fliegen, weil die Form ihrer Flügel und die Haltung, mit der sie sich durch die Luft bewegen, Auftrieb erzeugen.

Während es noch einige Debatten darüber gibt, wie Flügel dies genau tun, hat die Wissenschaft den Grund auf eine grundlegende prinzipielle Ursache aufgelöst, die sich aus zwei verschiedenen Phänomenen ergibt.

Flügel erzeugen Auftrieb, indem sie den Impuls der um sie herumströmenden Luft verändern. Sie tun dies durch die Krümmung oder Krümmung ihrer Ober- und Unterseite, wodurch zwei Dinge erreicht werden. Erstens wird der Luftstrom, der auf die Unterseite des Flügels trifft, nach unten abgelenkt, was zu einer Impulsänderung und einer resultierenden Auftriebskraft durch die Impulserhaltung und das dritte Newtonsche Bewegungsgesetz führt. Stellen Sie sich ein Kind vor, das seine Hand mit der Handfläche nach unten und den Fingern zur Vorderseite des Autos gerichtet aus einem Autofenster streckt. Wenn das Auto mit hoher Geschwindigkeit die Straße hinunterfährt, erfährt das Kind eine Kraft auf seine Hand, die versucht, es nach oben und hinten zu drücken. Dies ist das Ergebnis davon, dass Luft auf die Handfläche des Kindes trifft und nach unten abgelenkt wird, genau wie Luft auf die Unterseite trifft ein Flügel tut dasselbe.

Die zweite Aktion besteht darin, dass Luft, die über die Oberseite eines Flügels strömt, beschleunigt wird, was aufgrund des Bernoulli-Prinzips einen Druckabfall über der Oberseite des Flügels verursacht. Dieser Niederdruckbereich zieht ihn umgebende Hochdruckluft nach unten, wodurch sein Impuls verändert wird und eine Auftriebskraft entsteht. Diese beiden Auftriebskräfte bilden die Gesamtauftriebskraft, die der Schwerkraft entgegenwirkt. Als Konsequenz kann das Flugzeug jetzt fliegen.

Die Höhe der Auftriebskraft, die wir erzeugen können, ist direkt proportional zum Quadrat der Fluggeschwindigkeit, der Luftdichte und dem Anstellwinkel, der der Winkel zwischen der Sehnenlinie und der Richtung des Luftstroms zum Flügel ist.

Nach dem Bernoulli-Prinzip: Flüssigkeiten mit höheren Geschwindigkeiten erzeugen an diesem Punkt einen Unterdruck, der den umgebenden Hochdruck bewirkt, um eine Kraft auf den Niederdruckbereich auszuüben.

Die Flugzeugflügel sind so konstruiert, dass die Luftgeschwindigkeit über dem Flügel höher ist als darunter, was zu einem Druckunterschied führt (niedriger Druck über und hoher Druck unter den Flügeln), wodurch das Flugzeug nach oben gedrückt wird.

Für die siebte Klasse?

Wie wäre es mit:

Weil Luft aus winzigen Teilchen besteht, die Atome oder Moleküle genannt werden, und wenn sich ein Flugzeug durch die Luft bewegt, kollidiert es mit diesen Teilchen und sie prallen vom Flugzeug ab und drücken darauf, genau wie wenn Sie etwas mit Ihrem treffen oder drücken Hand.