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Freakshow

Wie auf dem Rücken fliegen ?

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Die physikalischen Gründe warum ein Flugzeug Auftrieb hat und fliegen kann sind mir klar.

Aber wie kann ein Flugzeug auf dem Rücken fliegen. Das Tragflächenprofil ist doch dann "umgekehrt " ?

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Dazu gibt es das Höhenruder, wenn nur Auftrieb erzeugt würde, dann würde man ja ins unendeliche steigen, durch das Höhenruder trimmt man das ganze.

Fliegt man auf dem Kopf muss anders getrimmt, bzw die STellung des Höhenruders verändert werden.

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Ich glaube da machst du es dir zu einfach. Bin zwar kein Experte in Aerodynamik aber ich denke kein normaler Passagierflieger kann dauerhaft auf dem Rücken fliegen. Der Auftrieb wird durch die Wölbung an der Oberseite erzeugt, zeigt diese nach unten wird der Flieger nach unten gezogen + Schwerkraft, da kann der Stabi nix machen. Der Stabilizer ist ja vereinfacht gesagt dazu da, den Flieger gerade zu halten.

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Moin,

 

vereinfacht gesprochen gibt es bei einem Tragflügel zwei Variablen zur Auftriebserzeugung, wenn Geschwindigkeit und Luftdichte konstant sind.

 

Die erste ist die Geoemtrie des Profils. Diese liefert bei Geschwindigkeit v=const. einen Auftrieb A, der ebenfalls konstant ist. Will ich jetzt den Auftrieb bei gleichbleibender Geschwindigkeit verändern um zu steigen oder zu sinken, kommt es auf Variable 2 an:

 

Den Anstellwinkel alpha. Verändert sich der Anstellwinkel, verändert sich der Auftrieb. Im Flugsimulator läßt sich das einfachst nachvollziehen: Man nehme ein beliebiges Flugzeug (z.B. 737 oder A320), lasse es in einer bequemen Reiseflughöhe mit einer festen Geschwindigkeit fliegen (z.B. FL280, 280 kts und betrachte den Anstellwinkel (Pitch) im künstlichen Horizont einmal bei einem sehr leichten Gewicht und einmal bei maximalem Gewicht. Alles ist konstant, nur der Anstellwinkel ändert sich.

 

Will man jetzt auf dem Rücken fliegen, muß man den Anstellwinkel entsprechend anpassen. Es ist richtig, daß ein normales Profil jetzt kontraproduktiv wirkt, weswegen z.B. auch Kunstflugmaschinen oftmals annähernd symmetrische Profile haben, die gleichermaßen für Normal- und Rückenflug geeignet sind.

 

Neben den aerodynamischen Aspekten gilt es (in der Realität) aber auch noch andere Aspekte zu Bedenken, z.B. die Motorkühlung und - schmierung, die oftmals auf die Schwerkraft angewiesen ist.

 

Gruß,

 

Nabla

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Die physikalischen Gründe warum ein Flugzeug Auftrieb hat und fliegen kann sind mir klar.

Aber wie kann ein Flugzeug auf dem Rücken fliegen. Das Tragflächenprofil ist doch dann "umgekehrt " ?

 

Also ich würde die Meinung vertreten, das die genauen physikalischen Gründe gar nicht so klar sind. Es gibt ganz unterschiedliche Theorien, es wird noch viel geforscht und ständig kommen neue Flügel auf den Markt, die wieder bessere Flugeigenschaften haben. Gäbe es eine vollständige Formel, könnte man sie mit den Parametern für den jeweiligen Anwendungsfall füttern und hätte den perfekten Flügel.

Der Klassiker "Durch die Wölbung der Tragfläche strömt die Luft oben schneller herum und erzeugt den Unterdruck/Sog" trägt auf jeden Fall nur zu einem Bruchteil zum Auftrieb bei. Einen weit größeren Anteil hat die Zirkulationsströmung.

 

Den größten Anteil hat aber der Anstellwinkel:

 

Die ersten Flugzeuge hatten im Prinzip Bretter als Tragflächen, Kunstflugzeuge haben vollsymetrische Profile, Viele Modellflieger haben nur Bretter, Papierflieger haben auch eher ein Brett als ein aerodynamisches Profil. Das Profil kann also nicht für die Auftrieb verantwortlich sein.

 

Eine ganz einfache Aussage ist: Ein Flugzeug fliegt, weil es mit den Tragflächen die Luft nach unten beschleunigt. Und damit kann man sehr viel erklären. Wie schon von anderen hier gesagt wurde, ist der Anstellwinkel entscheidend, also wie stark das Brett/Tragfläche geneigt ist, also wie stark die Luft nach unten abgelenkt wird und das Flugzeug so nach oben gedrückt wird.

Das gewählte Profil optimiert den Effekt nur (teils enorm).

 

Und jetzt kommen wir zur Erklärung vom Rückenflug: Die Fläche wird einfach nur andersherum angeblasen und drückt die Luft auch nur nach unten, also fliegt das Flugzeug.

In der Tat arbeitet hier das Profil gegen diesen Effekt, daher müssen normale Flugzeuge im Rückenflug mit einem deutlich höheren Anstellwinkel als im Normalflug fliegen.

Und weiterhin haben fast alle Flugzeuge von Haus auch einen Winkel zwischen Tragfläche und Rumpf, damit das Rumpf im Normalflug gerade in der Luft liegt, während die Tragfläche z.B. um 10° angestellt ist. Daher sieht Rückenflug immer so unnatürlich aus, da die Fläche erstmal den normalen Anstellwinkel zum Fliegen braucht (z.B. 10°), dann den fest verbauten Anstellwinkel vom Rumpf ausgleichen muss (nochmal z.B. 10°) und dann noch den Profilnachteil ausgleichen muss (z.B. 5°).

Daher hängt ein normales Flugzeug im stationären Rückenflug immer stark drinnen, z.B. so: http://www.segelfliegen-maulburg.de/Bilder...g_%202009_3.jpg

Aus dem Cockpit ist das am Anfang sehr ungewohnt, da man deutlich über dem Horizont fliegt und den Kopf relativ hoch nehmen muss und mit dem Auge einen sehr weiten Weg zu den Instrumenten hat.

 

Und zu guter Letzt darf das Hauptmotto des Rückfluges nicht fehlen:

"Im Rücken musst Du drücken, tust Du ziehn' bist Du hin'."

 

Viele Grüße,

Günther

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Eine ganz einfache Aussage ist: Ein Flugzeug fliegt, weil es mit den Tragflächen die Luft nach unten beschleunigt.

 

Das ist zu einfach und auch nicht richtig. Die Luft strömt an der Tragflächenoberseite schneller als an der Unterseite. Das liegt an der Form des Profils und/oder an dessen Anstellwinkel. Dort wo die Luft schneller strömt, ist der Druck geringer. Dementsprechend herscht oben ein niedrigerer Druck als unten, und dieser Druckunterschied erzeugt ein Moment nach oben, den Auftrieb.

 

Einen richtigen Rückenflug können eigentlich nur dafür ausgelegte Flugzeuge, in der Regel Kunstflieger. Mit Airlinern kannst Du es vergessen, da klappt mit viel Glück eine Fassrolle, bei der dir noch die Zentrifugalkraft hilft, aber ein richtiger Rückenflug über längere Zeit ist damit gar nicht möglich.

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Wenn ich einem Laien erkläre, warum ein Flugzeug fliegt, nehme ich auch Deine Erklärung, puste mal über ein Blatt Papier, um das zu visualisieren und jeder glaubt es. Aber wenn man jemand nachdenkt (wie Freakshow mit diesem Thread) kommt man auch als Laie zu dem Schluss, das die Erklärung nicht stimmen kann.

 

Das Thema ist sehr komplex, es überlagern sich viele Effekte, aber Deine Erklärung (die klassische Schulerklärung) liefert den geringsten Beitrag zum Auftrieb.

Leider ist man im Physik-Studium an jeder Ecke an Effekte gestoßen, bei denen die Schulerklärung zwar nicht ganz falsch ist, aber den Effekt auf jeden Fall nicht umfassend (und oft nicht richtig) erklärt. Ich habe mich im Physik-Studium nicht in Strömungslehre vertieft und es ist auch schon einige Jahre her, aber es überlagern definitiv mehrere Effekte und Deine Erklärung ist definitiv nicht umfassend richtig. Sie geht z.B. davon aus, das die gleichen Luftteilchen am Ende der Tragfläche wieder zusammen sind und deshalb die oberen den längeren Weg schneller zurücklegen und den Sog erzeugen. Fakt ist aber, das am Ende nicht die gleichen Luftteilchen zusammen sind, sondern oben ein "Loch" (Unterdruck) entsteht, in das Luft von unten reinströmt und sich verwirbelt. Daher entstehen u.a. auch die Wirbelschleppen. Hier sieht man das z.B. sehr schön: http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Flow_separation.jpg

Dazu und zu den verschiedenen Effekten hatte ich mal eine nette Seite mit ziemlich vielen Animationen, leider finde ich sie aktuell nicht.

 

Natürlich war meine Erklärung extrem stark vereinfacht, wie ich schon geschrieben habe (als jemand der sowohl Physik studiert hat als auch die Kunstflugberechtigung besitzt) ist das Thema zu komplex, um es einfach zu beantworten und den Einfluss auf den Auftrieb würde ich so gewichten:

1. Anstellwinkel

2. Zirkulationsströmung

3. Profilform

Und natürlich hängen die Parameter auch voneinander ab. Die Umströmung und Kraftverteilung bei der Profilform verändert sich mit dem Anstellwinkel enorm.

 

Freakshow hat ja mit seiner Frage Deine Erklärung schon wiederlegt. Wenn die Profilform und die unterschiedliche Luftgeschwindigkeit den größten (ich rede nicht mal vom alleinigen) Effekt hätte, dann dürften Flugzeuge mit symetrischen Profilen oder ohne Profil nicht fliegen. Tatsächlich tun sie es aber.

Viele einfache Modellflugzeuge sind ja nur ein Brett plus ein Motor. Oder ein Drachen im Herbstwind.

 

Natürlich kann ich in der Praxis nicht mit jedem Flugzeug Rückenflug machen, weil ich den Anstellwinkel nicht beliebig erhöhen kann (spätestens bei 90° ist Schluss, in der Praxis eher ab 30-40°), weil die Leistung fehlt (je höher der Anstellwinkel, desto höher der Widerstand, desto höher die notwendige Vortriebsenergie und Geschwindigkeit), weil die Profilform in Rücken gegen den Auftrieb arbeitet und weil die anderen Bauteile (v.a. der Rumpf) ungleich mehr Widerstand erzeugen, wenn sie im Wind stehen.

Ein Linienflugzeug fliegt ja nur in einem sehr engen Bereich, aber wenn die Struktur es aushalten würde und die Triebwerke erheblich mehr Leistung liefern würden und die Flügelform kein Problem mit Überschallflügen hätte (in den Geschwindigkeitsbereich wird man bestimmt kommen) könnte man bestimmt eine B747 auf dem Rücken mit geschätzten 30° Anstellwinkel fliegen. Sähe sicher cool aus.

 

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