Was sind eigentlich nun diese Tragflächen/Tragflügel mit ihrem ganzen Klapperatismus, die uns hier so oft begegnen? Was bewirken sie und wie?
Weiß es wirklich jeder?
Im Prinzip steckt die Erklärung schon in der Bezeichnung TRAG-flügel!
Damit könnte man sich zufrieden geben und diesen Beitrag beschließen!
Ich könnte mir aber denken, dass es viele gibt, die das zwar schon kennen und zu wissen glauben, aber noch nicht richtig hingeschaut haben, oder sich keine Gedanken gemacht haben wie das alles so funktioniert, und warum da noch so viele „Blechlappen“ dran sind?
Wüßte es jeder, dann bräuchte man keine Hochschulen dafür, die das Wissen und die Zusammenhänge erwachsenen jungen Menschen in sehr vielen Vorlesungen vermitteln.
Zunächst ganz grob ist ein Tragflügel eine Fläche, wie auch immer geformt, die unter bestimmten Bedingungen für eine aufwärtsgerichtete Kraft sorgen soll und somit einen Rumpf und viel Gewicht nach oben anhebt. Das ist der Auftrieb, hervorgerufen durch das Anströmen durch Luft von vorne.
Die Flächenkontur eines Flügels müssen wir definieren, damit wir wissen worüber wir reden!
Die Entfernung vom Rumpf bis zum äußersten Ende soll die Länge sein.
Der Abstand von der Vorderkante bis zum hinteren Ende soll die Breite sein.
Somit ist die Dicke hier die Höhe des Querschnitt-Profiles.
Damit haben wir schon alles zur weiteren Beschreibung!
Die Experten benutzen teilweise andere Bezeichnungen, sollen sie!
Ein einfacher Querschnitt (Profil) durch den Flügel ähnelt einem ganz schlanken Tropfen mit stumpfer Nase und lang auslaufendem spitzem Ende. Und das zieht sich über die ganze Länge hin, in der Dicke zum Ende hin immer schlanker werdend. Das ist schon mal grob der Flügel.
Nun könnten wir einen Längenabschnitt herausschneiden und mit ihm experimentieren. Mal sehen was dabei heraus kommt?
Unser Stück der Länge hängen wir seitlich gelagert waagerecht an festen Stäben auf, so dass sich die Fläche um die Längsachse drehen kann, wenn wir es wollten. Auf der Ober- und Unterseite über die ganze Breite sollen längs einer Linie rüber lauter kleine Löcher mit Drucksensoren eingebaut sein, quer von der Nase bis zum spitzen Ende hin. Und wir können deren Messwerte auslesen und graphisch darstellen. Nun pusten wir die dickere Vorderkante mit einem Ventilator kräftig an.
Es wird sich zeigen, dass die oberen Sensoren einen beträchtlichen negativen Druck, der Nullpunkt soll 1 bar entsprechen um nicht von Vakuum zu sprechen, anzeigen, also einen Druck unter 1 bar, während die unteren einen positiven aber kleineren Messwert zeigen. Negativer Druck, besser gesagt Druck von weniger als 1 bar bedeutet hier dass keine Belastung auf den Sensor vorliegt, sondern vielmehr ein Zug. So vereinbaren wir das mit dem Vorzeichen. Ein Druck ist ja als Kraft pro Flächeneinheit definiert, also wissen wir welcher Druck wo vorhanden ist. Nun bekommt jeder Messwert eine Kennung in der Form, dass wir ihm drei beschreibende Größen zuweisen, wie z. B. jeder Punkt im Raum durch die drei Koordinaten Höhe, Breite, Länge gegeben ist, hier also z. B. so:
Der Betrag des Druckes, also die Zahl, wird dargestellt durch einen Strich, dessen Länge diesem Betrag entspricht, etwa 1 cm entspricht 1 bar. Nun hat dieser Strich ja eine Richtung in die der Druck wirkt, auch der negative! Das machen wir kenntlich durch eine Pfeilspitze wohin er wirkt, also den Richtungssinn. Normalerweise wird der jetzige Pfeil senkrecht zur Oberfläche stehen, wenn nicht, dann kommt noch ein Winkel zwischen der Senkrechten dazu.
Und schon haben wir das was die Matheleute einen Vektor nennen, Betrag, Richtung und Richtungssinn einer Messgröße, womit man hervorragend rechnen kann!
Trägt man das nun auf ein Blatt Papier auf unter und über der Querschnittsfläche, dann ist zu sehen, dass die oberen Pfeile alle viel länger sind und nach oben weisen; unter der Fläche sieht das Ganze ziemlich dünn aus mit der Länge, aber alle zeigen auch nach oben.
Das heißt, dass es auf der Oberseite einen ziemlichen negativen- oder Unterdruck gibt, wohingegen an der Unterseite ein kleinerer Druck nach oben vorhanden ist. Wenn man nun den ganzen Längenabschnitt so bestückt und alle Messwerte aufsummiert, dann kommt heraus, dass es einen beträchtlich Druck bzw. Sog nach oben gibt. Die Summe muß also mindestens so groß sein, dass sie das Flugzeug mit allem Drum und Dran tragen kann.
Das ist der Auftrieb, den unser Tragflügelstück erfährt!
Es kommt dabei raus, dass das Flugzeug überwiegend „hochgezogen“ wird anstatt hochgedrückt!
Würde man nun die Breite um einen kleinen Betrag drehen, also die Nase heben oder senken, dann käme ein ganz anderes Druckprofil heraus! Und so sucht man den Anstellwinkel dessen Integral (Summe) den größten Betrag ergibt.
Nun, viel kann man damit noch nicht anfangen. Schaut man sich mal eine Tragfläche eines Urlaubsjets an und stelle sich vor alles was da noch so dran ist wäre aufgeklappt, dann sieht das Ganze wie die zerfledderten Flügel eines großen Vogels aus, der versehentlich in eine Dreschmaschine geraten ist! Alles hängt runter oder steht zu Berge. Ein heilloses Durcheinander von Blechplatten, so scheint es! Aber in dem Chaos steckt System, Willen, Nutzen und Zweckmäßigkeit. Gewissermaßen ist es die „Kosmetik“ unseres Versuchsobjektes.
Nur kurz aufgelistet, sonst wird es hier zu lang. Da gibt es:
Spoiler
Luftbremsen
Innere und äußere Landeklappen (Flaps, innen bedeutet näher am Rumpf)
Je 1 Paar Vorflügel
Die so genannte Krügerklappe ganz am Rumpf
Die Landeklappen-Träger-Verkleidung (sehen aus wie Zusatztanks!)
Und die Querruder
Alles an verschiedenen Positionen der Länge und Breite. Und nichts kommt miteinander ins Gehege und kann bewegt werden, dazu ist es ja da! Und jedes dieser Elemente hat seine bestimmte Aufgabe und erfüllt eine bestimmte Funktion. Und unter allem hängen die uns schon bekannten Triebwerke, die für die Bewegung nach vorne sorgen.
Die ganze Theorie dazu, nur für die nackte Tragfläche, ist schon sehr kompliziert - aber immer noch reine Mechanik! Da ist Herr Einstein und wie sie alle heißen noch nicht dabei, denn alles geschieht makroskopisch und ist greif- und sichtbar.
Aber dazu, zu den ganzen Klappen und Rudern, vielleicht ein andermal mehr in einem anderen Beitrag.
Das ist kurz und grob gesagt die Antwort auf die Frage warum ein Flugzeug fliegen kann!
Denjenigen den es langweilt oder schon alles weis, der braucht es ja nicht zu lesen! Auf Wunsch lösche ich das auch wieder!
Gruß Dieter