Wodurch wird ein Flugzeug in der Luft in der Luft gehalten?

Ein Flugzeug ist ein Luftfahrzeug, das schwerer als Luft ist. Für den zum Fliegen erforderlichen Auftrieb und für die Steuerung werden aerodynamische Effekte innerhalb der Atmosphäre genutzt. Das Prinzip des aerodynamischen Fluges wird durch unterschiedliche Bauweisen verwirklicht, denen gemeinsam ist, dass ein dynamischer Auftrieb erzeugt wird. Im Gegensatz zu Luftfahrzeugen, die leichter als Luft sind und den statischen Auftrieb nutzen (wie Ballone oder Luftschiffe), entsteht der Auftrieb bei Flugzeugen erst, wenn die Luft die festen oder beweglichen Tragflächen umströmt.

Das erste Bild rechts zeigt das größte Segelflugzeug der Welt, die Eta, das zweite Bild das größte Passagierflugzeug der Welt, einen Airbus A380 (Stand Februar 2010). Trotz der enormen Unterschiede in Maßen und Gewichten, ist das Prinzip der Auftriebserzeugung in beiden Fällen das Gleiche: Die Luft umströmt die Flüge und wird nach unten abgelenkt.

Wie fliegt ein Segelflugzeug?

Lässt man eine Kugel aus Papier los, fällt sie zu Boden (Bild oben links). Ein gleich schweres Papierflugzeug gleitet eine bestimmte Streckedurch die Luft, weil es Tragflächen besitzt.

Was hat das mit den Flügeln zu tun? Viele Vögel lassen sich dabei beobachten, wie sie eine Weile durch die Luft gleiten ohne mit den Flügeln zu schlagen. Der Vogelflügel hat genau wie ein Flugzeugflügel einen gewölbten, speziell geformten Querschnitt das so genannte Profil (Bild oben rechts und unten links).

Bewegt sich ein Flugzeug durch die Luft entsteht eine Luftströmung an den Tragflächen (Bild unten rechts). Durch die Wölbung des Profils müssen die Luftteilchen an Ober- und Unterseite der gekrümmten Oberfläche folgen. Dabei baut sich ein Druckfeld auf, das von der Unterseite zur Oberseite des Flügels abnimmt. Man hat also auf
der Unterseite einen höheren Druck als auf der Oberseite, daraus resultiert der Auftrieb. Die Stärke des Auftriebs hängt von der Geschwindigkeit des Flugzeuges und vom Winkel des Profils, dem Anstellwinkel, zum Luftstrom ab.

Wie wird ein Segelflugzeug gesteuert?

Gesteuert wird ein Flugzeug mit dem Höhenruder, dem Querruder (beide betätigt der Pilot mit dem Steuerknüppel) sowie dem Seitenruder (mit Fußpedalen bewegt, siehe rechte abbildung). Die Bewegung eines entsprechenden Ruders bewirkt eine Auftriebsveränderung an den Tragflächen, am Seitenleitwerk oder eben am Höhenleitwerk. Dadurch kann der Pilot das Segelflugzeug um alle drei Achsen im Raum drehen. Weiterhin gibt es noch Landehilfen, die so genannten Bremsklappen -und bei einigen Segelflugzeugen zusätzlich so genannte Wölbklappen oder den Bremsfallschirm. Diese zusätzlichen Elemente dienen dazu, die Gleiteigenschaften des Flugzeuges in großem Ausmaß zu verändern. Sie geben dem Piloten beispielsweise die Möglichkeit, punktgenaue Landungen durchführen zu können.

Wie hält sich ein Segelflugzeug über Stunden in der Luft?

Segelflugzeuge halten sich regelmäßig mit einem einzigen Start den ganzen Tag in der Luft. Damit ihnen dies gelingen kann, müssen die Piloten Bereiche aufsteigender Luft anfliegen, also Zonen, in denen Luft nach oben aufsteigt. In diesen Aufwindzonen wird das Segelflugzeug von der nach oben strömenden Luft quasi mitgetragen. Solche Aufwinde entstehen durch unterschiedliche Umstände:

Aufwind durch Sonneneinstrahlung - der Thermiksegelflug

Wenn die Sonne auf das Land scheint, erwärmt sich dieses je nach Boden und Bewuchs unterschiedlich stark. Die Luft über warmen Gebieten (Städte, Felder Äcker) erwärmt sich mit und kann als Thermikblase dem so genannten "Thermikbart" aufsteigen. Diese Thermikblasen sind groß genug, so daß ein kreisendes Segelflugzeug mitsteigen kann. Oft markiert eine oben aufgesetzte Quellwolke den Thermikbart

Aufwind durch Anströmen eines Berges - der Hangsegelflug

Wenn der Wind gegen einen Berghang bläst wird er nach oben abgelenkt, es entsteht der Hangaufwind. In diesem sind, da er von der Sonneneinstrahlung unabhängig ist, lange dauernde Flüge möglich, allerdings räumlich beschränkt auf den Berghang. Das Segelfliegen wurde zuerst im Hangaufwind praktiziert.

Aufwinde im hohem Gebirge - der Wellensegelflug

Ähnlich wie das Wasser hinter einem Stein im schnellfließenden Bach kann die Luft, die im Lee eines Berges wieder abwärts strömt, zu vertikalen Schwingungen angeregt werden. Ein Segelflugzeug, das sich in Zonen von aufsteigenden Schwingungen aufhält, kann so an Höhe gewinnen. Im Lee hoher Gebirge sind diese Höhen enorm: der Rekord steht bei 14000 m! Sichtbares Zeichen ist häufig eine oben aufgesetzte, linsenförmige Wolke, die sogennante Lenticularis-Wolke.

Obwohl der Wellensegelflug eng mit hohen Gebirgen verbunden ist, ein klassisches Beispiel für Europa sind die französichen Seeaalpen, können auch in den deutschen Mittelgebirgen entsprechende Wetterverhältnisse herschen, so dass eine Wellenbewegung der Luft ausgelöst werden kann. Die entsprechende Wetterlage stelt sich vorzugsweise im Winter ein und so wurde von Lüsse aus bereits mehrfach die Harzer Welle erflogen. Je nach Wetterlage sind dabei Höhen bis zu 5000m erreichbar.

Ausnutzen mehrerer Aufwinde - der Streckensegelflug

Beim Streckensegelflug geht es entweder darum, eine möglichst große Strecke zurückzulegen oder eine gegebene Strecke in möglichst kurzer Zeit zu absolvieren – nur unter Ausnutzung der Energie, welche die Natur durch Aufwinde zur Verfügung stellt. Neben Start, Höhengewinn und Landung muss der Pilot navigieren und das Wetter richtig einschätzen können. Die möglichen Streckenlängen betragen dabei einige hundert bis zu 3000 Kilometer.

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