Atmosphäre und Unterschall-Aerodynamik
Die Atmosphäre als Flugmedium
Die Atmosphäre besteht zu ca. 78 % aus Stickstoff und 21 % aus Sauerstoff. Für die Aerodynamik entscheidend ist die Luftdichte (ρ), die von Druck, Temperatur und Feuchte abhängt. In der Standardatmosphäre (ISA): 1013,25 hPa, 15 °C auf Meereshöhe, Temperaturabnahme 2 °C/1.000 ft.
Mit zunehmender Höhe sinkt der Druck und damit die Luftdichte. Geringere Dichte erzeugt weniger aerodynamische Kraft bei gleicher Geschwindigkeit — dies hat direkten Einfluss auf Auftrieb, Motorleistung und Propellerwirkungsgrad.
Unterschallaerodynamik und Bernoulli
Im Unterschallbereich (unter Mach 0,75) gilt die Bernoulli-Gleichung: Statischer Druck + Dynamischer Druck = Gesamtdruck (konstant entlang einer Stromlinie). Wenn die Strömungsgeschwindigkeit über einem Flügel zunimmt, sinkt der statische Druck — es entsteht Auftrieb.
Das Profil (Airfoil) eines Flügels ist so geformt, dass die Luft auf der Oberseite schneller strömt als auf der Unterseite. Die resultierende Druckdifferenz erzeugt die Auftriebskraft senkrecht zur Anströmung.
Strömung um ein Profil
Die Strömung um ein Profil wird durch den Anstellwinkel (Angle of Attack, AoA) beeinflusst: der Winkel zwischen der Profilsehne und der Anströmrichtung. Mit steigendem AoA nimmt der Auftrieb zu — bis zum kritischen Anstellwinkel, ab dem die Strömung abreißt (Stall).
Laminare Strömung liegt glatt am Profil an und erzeugt weniger Widerstand. Turbulente Strömung haftet zwar besser am Profil (verzögerter Strömungsabriss), erzeugt aber mehr Reibungswiderstand. Der Umschlagpunkt liegt in der Regel im vorderen Drittel des Profils.
- Luftdichte sinkt mit Höhe → weniger Auftrieb und Motorleistung
- Bernoulli: höhere Geschwindigkeit = niedrigerer statischer Druck = Auftrieb
- Anstellwinkel (AoA) bestimmt den Auftrieb bis zum kritischen AoA (Stall)
- ISA: 1013,25 hPa, 15 °C MSL, −2 °C/1.000 ft
- Laminare Strömung: weniger Widerstand; turbulente: bessere Haftung
- 1Was besagt die Bernoulli-Gleichung für die Umströmung eines Flügels?
- 2Warum nimmt der Auftrieb mit zunehmender Höhe ab?
- 3Was passiert, wenn der kritische Anstellwinkel überschritten wird?