Was ist die Auftriebskraft?
Die Auftriebskraft ist die Kraft, die ein Körper in einem Fluid (z.B. Luft oder Wasser) erfährt, wenn er sich innerhalb dieses Fluids bewegt. Diese Kraft ist in der Luftfahrt sehr wichtig, da sie es ermöglicht, dass Flugzeuge in der Luft bleiben können.
Die Auftriebskraft entsteht, indem die Luft durch den Flügel des Flugzeugs geströmt wird. Der Flügel ist so geformt, dass die Luft an der Oberseite schneller strömt als an der Unterseite. Dadurch entsteht ein Druckunterschied, der den Flügel nach oben drückt und somit eine Auftriebskraft erzeugt.
Wie berechnet man die Auftriebskraft?
Die Auftriebskraft kann mit der Bernoulli-Gleichung berechnet werden. Diese Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Druck und der Geschwindigkeit des Fluids. Um die Auftriebskraft zu berechnen, muss man also den Druckunterschied und die Geschwindigkeit des Fluids an der Ober- und Unterseite des Flügels messen.
Die Formel für die Auftriebskraft lautet: Auftriebskraft = 1/2 Luftdichte Geschwindigkeit^2 Flügelfläche Auftriebsbeiwert. Der Auftriebsbeiwert hängt von der Form des Flügels ab und kann experimentell bestimmt werden.
Beispiel: Berechnung der Auftriebskraft für einen Flugzeugflügel
Angenommen, die Geschwindigkeit des Luftstroms an der Oberseite des Flügels beträgt 200 km/h und an der Unterseite 180 km/h. Die Flügelfläche beträgt 20 m^2 und die Luftdichte 1,2 kg/m^3. Der experimentell bestimmte Auftriebsbeiwert beträgt 1,5.
Dann ergibt sich die Auftriebskraft zu: Auftriebskraft = 1/2 1,2 kg/m^3 ((200 km/h)^2 – (180 km/h)^2) 20 m^2 1,5 = 21600 N.
Wie beeinflusst die Auftriebskraft die Flugleistung?
Die Auftriebskraft ist eine der wichtigsten Kräfte, die die Flugleistung beeinflussen. Je größer die Auftriebskraft, desto leichter kann ein Flugzeug abheben und in der Luft bleiben. Gleichzeitig kann eine zu große Auftriebskraft aber auch zu einem starken Widerstand führen, der die Geschwindigkeit des Flugzeugs beeinträchtigt.
Aus diesem Grund ist es wichtig, den Auftriebsbeiwert so zu optimieren, dass er eine ausreichende Auftriebskraft erzeugt, aber gleichzeitig nicht zu viel Widerstand erzeugt. Dieser Kompromiss bestimmt maßgeblich die Flugleistung des Flugzeugs und ist ein wichtiger Faktor bei der Konstruktion von Flugzeugen.
