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Flugzeugtragfläche zur Erzeugung von Vortriebssog
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Wahrscheinlich, Wissenschaftler haben irgendwann einmal erforscht,
dass die atmosphärische luft in Meereshöhe einen Druck von 1,033 Kg/m2 hat, also
rund ein Kilogramm.
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v.Mises/Hohenemser Fluglehre 6. neubearbeitete Auflage von K. TTohenemser
1957 - Springer-Verlag Berlin/Göttingen/ Heidelberg. F;eite 9 (andere Fundstellen,
die über 30 Jahre zurückliegen, können nicht mehr angegeben werden).
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Die Atmosphäre ist ein Meer von Luft, das unsere Erde umgibt.
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Wenn irgendein Gegenstand durch dieses Luftmeer gezogen wird, verdrängt
er Luft. Diese verdringte Luft muss ja wieder nach hinten, um das Loch, das der
Gegenstand erzeugt hat, wieder anzufüllen.
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nei einem fliegenden Flugzeug sptirt die Luft schon ein Strick vor
der Nase der Tragfläche durch die Druckwelle, die dieser vorausgeht, dass etwas
ankommt, alles rennet, rettet, flüchtet.
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Die von der Gesamttragfläche verdrängte Luft hat zwei Möglichkeiten
wegzukommen. Entweder vor der Nase in die hinteren und oberen Luftschichten auszuweichen
(ein nicht unerheblicher Teil tut das, jedoch wegen dem Anstellwinkel und dem dadurch
entstehenden Staudruck mehr nach oben), oder iiber die Oberseite zu strömen.
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Eine Flugzeugtragfläche (um eine solche handelt es sich hierbei) verdrängt
so viel Luft, wie der Rauminhalt von Länge, Tiefe und Höhe einschl. Anstellwinkel
ausmacht. Die verdrängte Luft formiert sich aiif der Nase der Tragfläche zur Grenzschicht
(o.a. Werk Fluglehre Seite 76-77), diese benutzt die Oberseite der Tragfläche als
Leitfläche (sie hat keine andere Wahl) um nach hinten zu gelangen. Das ist besser,
als sich an der Unterseite zusammenpressen zu lassen.
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Ein wesentlicher Überdruck lässt sich wahrscheinlich nur in
einer
Stahlflasche mit einer Wandstärke von ca. 6 mm mit Gewalt und einem TCompressor
erzeugen, An der Unterseite der Tragfläche entsteht schon eine Art Luftkissen, je
schnelelr ein Flugzeug fliegt, desto dichter wird es.
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Stömt aus einer Pressluftflasche bei geöffnetem Ventil keine Inft,
ist die Flasche ja nicht leer, cs llat ein Druckausgleich stattgefunden. Den noch
darin befindlichen Luftdruck von rund einem Kilo könnte man mit einer Vakuumpumpe
herauspumpen. Werden 100 Gramm abgepumpt, befindet sicli in der Flasche noch S)OO
Gramm I)rueli und 100 Gramm Unterdruck.
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Das könnte fortgesetzt werden, bis sich in der Flasche eine Luft mehr
befindet, ein Luftleerer Raum, oder 1,033 kg/m² Unterdruck.
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Die Nase der Tragfläche cines fliegenden Flugzeugs stösst ein Langloch
in das Luft,eer. Durch die Keilwirkung im vorderen Drittel der Tragfläche (von der
Nase bis zur höchsten Stelle) wird dieses Loch vergrössert d.h., die Luft wird nach
oben gedrückt und dabei verdichtet. Es entsteht unmittelbar iiber der Oberseite
ein Überdruck, der nach oben allmählich in den normalen Druck; iibergeht. Je schneller
ein Flugzeug fliegt, desto dichter und höher wird dieses Überdruckzentrum. Die Grenzschicht
strömt zwischen Oberseite und dem Efberdruckzentrum hindurch und saugt die Tragfläche
an diesem fest. Wenn die Tragfläche um eine Tiefe (von der Nase bis zur Endkante)
weitergeflogen ist, muss die Luft der Grenzschicht, die vor dieser Bewegung an der
Nase war, nach dieser Bewegung an der Endkante sein. Dadurch, dass sie über den
Berg strömen muss, hat sie einen sehr viel längeren Weg zuriickzulegen als die Tragfläche.
Die Luft muss sich verdünnen und strecken, weil sie den längeren Weg an allen Stellen
ausfiillen muss.
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Die vorerwähnten beiden Schichten können sich infolge der schnellen
Vorwärtsbewegung nicht ausgleichen. Die ganze Fliegerei ist ja bedingt durch schnelle
Vorwärtsbewegung; ein Flugzeug hat keinen Rückwärtsgang. Die Grenzschicht ist das,
was beispielsweise bei einem Reissverschluss der kleine bewegliche Schuh ist. Oder
beim Schweissen der Schweissdraht bezw. die Elektrode. Die Grenzschicht kann nicht
dick sein,
etwa so wie Wasser iiber ein Stauwehr bei Niedrigwasser
fliesen würde, wenn das TIach des Stauwehrs genau waagerecht stiinde und eine glatte
Oberfläche hätte.
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Im Grunde genommen ist es nur die Grenzschicht die strömt TII irgendeinem
Buch war die Rede von einer darüberliegenden ruhenden Luftschicht, das kann sein,
muss aber nicht. Im Windhanal wird die gesamte luft belegt, die Wirkung ist die
gleiche.
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Durch das Überdruckzentrum wird die Spannung zwischen den feindlichen
Brüdern Überdruck und Unterdrück verstärkt. Wäre das nicht so, sn könnte kein Flugzeug
fliegen. Bei einer Maschine mit l)0 Tonnen Fluggewicht kann es nicht nur die enorme
Schubkraft sein, die die Strahltriebwerke mit viel Energieaufwand entwickeln, sie
könnte garnicht nur an dem normalen Druck hängen, so fest könnte sie daran nicht
gesaugt werden.
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Würde sich die im vorderen Drittel der Tragfläche weggedrückte Luft
in den darüberliegenden iuftschichten verkrmeln, verflüchtigen, fehlte sie in dem
am waagerecht bis in Höhe der Endkante und senkrecht zu dieser. Der Raum miisste
sich von dem normalen Druck auffiillen. Luftteilchen halten zusammen wie Pech und
Schwefel. Luft miisste von weiter her angesaugt werden Das würde so sein, als wären
Gummiseile hinten an den Tragflächen befestigt. Ein Flugzeug würde so weit fliegen,
bis sich die Gummiseile nicht mehr dehnen lassen und wie ein Stein zur Erde fallen.
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Durch die Keilwirkung am vorderen Drittel auf der Oberseite der Tragfläche
wird die Luft nach oben gedrückt und dabei verdichtet, die Grenzschicht strömt zwischen
Oberseite und dem dariiberliegenden Uberdruckzentrum hindurch. Ist die höchste Stelle
der Tragfläche erreicht, senkt sich das Überdruckzentrum im weiteren Verlauf der
Oberseite ab. Der Überdruck wird allmählich geringer, bis er an der Endkante den
normalen Druck hat. In der Grenzschicht wird der Druck allmählich höher bis zum
normalen Druck an der Endkante, weil der Weg relativ kürzer wird. Die Grenzschicht
kann langsamer strömen.
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Fine Vergrösserung des Ansteliwinkels bewirkt folgendes: Die Gesamttragfläche
wird höher und verdrängt mehr Luft. Die I(eilwirkung im vorderen Drittel wird geringer.
Die mehrverdrängte Luft strömt zum Teil iiber die Oberseite und erhöht den Auftrieb
auch den Widerstand (über die Oberseite ist es bequemer als sich unten zusammenpressen
zu lassen). Zum anderen Teil verflüchtigt sie sich vor der Nase (dort kann sie das
noch).
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In der Zeichnung ist ein Tragflächenprofil dargestellt und nachstehend
beschrieben.
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Der Luftleit- oder Spaltkeil 1 ist drehbar gelagert und dient als
Start- und Venindungsklappe, er braucht nur millimeterweise bewegt werden. Er verhindert
das Ausweichen der verdrängten Luft vor der Nase der Tragfläche nach oben. Je mehr
lflft iiber die Oberseite geleitet wird, desto schneller muss die Grenzschicht strömen,
der Unterdruck wird grösser und damit der Auftrieb.
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Durch die Venturidiise 2 strömt Luft durch die Tragfläche von unten
nach oben und wird in Unterdruck verwandelt.
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Direkt vom Düsenausgang 3 wird diese Luft iiber die kleine Schräge
4 nach vorn gesaugt, und zwar nur so viel, wie die Grenzschicht benötigt, um ohne
Wirbelbildung über die kleine Vertiefung zu kommen.
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An der höchsten Stelle der Tragfläche ist der IJnterdruclç in der
Grenzschicht am grössten. Ob 100 - 200 oder 500 Gramm oder mehr ist unbekannt, das
kommt auf die Geschwindigkeit des Flugzeugs an (100 Gramm Unterdruck ist bekanntlich
nicht gleich 100 Gramm Auftrieb). Der Unterdruck der Grenzschicht saugt die Tragfläche
an der Wölbung 5 nach vorn. Der Düsenausgang 3 muss etwas hinter der höchsten Stelle
der Oberseite liegen, dort wo das Überdruckzentrum beginnt sich abzusenken.
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Die Klappe 6 ist drehbar gelagert, durch sie kann die Wirkung einer
Anstellwinkelvergrösserung erzeugt werden. Ausserdem dient sie als Bremsklappe.
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L e e r s e i t e