Inhalt Kapitel 1 Die Grundlagen 3...Vorwort 4...Was ist Aerodynamik? 5...Wie ist ein Flugzeug Aufgebaut? 6...Warum erzeugt ein Flügel Auftrieb? 9...Was ist der relative Wind? 10...Was ist der Anstellwinkel 12...Welche Kräfte halten ein Flugzeug in der Luft? 13...Was treibt ein Flugzeug an? 14...Was bremst ein Flugzeug? 16...Der Bernoulli-Effekt 17...Wie steuert ein Flugzeug? 21...Was waren die Vorbilder der Flugzeuge? Aerodynamik trifft Bionik Kapitel 2 - Die Geschichte 25...Erste aerodynamische Kenntnisse und erste Flugversuche Kapitel 3 Die Entwicklung 33...Was ist die perfekte Flügelform? Eine Versuchsreihe Quellen
Vorwort Der Traum vom fliegen, sich wie ein Vogel in die Lüfte erheben, einer der ältesten Träume der Menschheit, so geheimnisvoll und doch so leicht und wissenschaftlich zu erklären. Seit es Vögel gab, gab es eben Menschen, die in den Himmel schauten und sich fragten wie dies möglich sei, und der Wunsch kam auf selbst einmal mit ihnen dort Oben zu fliegen. Doch seitdem sich die Menschen diese Frage stellen, gab es auch Pioniere unter Ihnen, die sich diesen Traumes etwas mehr annahmen als die Anderen, die nur davon träumten. Sie beobachteten die Vögel und die Art wie sie flogen, um sich selbst dem Himmel etwas näher zu bringen, daraus sammelten sie genug Erkenntnisse, um daraus eine Wissenschaft zu machen Die Aerodynamik, die Wissenschaft dieses Traumes. Die Aerodynamik ist der Grundstein für die gesamte Luftfahrt: ein Vogel, ein Papierflugzeug oder ein hundert Tonnen schweres Passagierflugzeug, sie alle fliegen nach aerodynamischen Gesetzten. Ich möchte mit diesem Buch das Thema Aerodynamik als wissenschaftliche Grundlage der Fliegerei, zwar wissenschaftlich, aber vorallem leicht und verständlich dem Leser herüberbringen. Auch ich bin einer dieser Menschen, der nur in den Himmel zu schauen braucht und fasziniert ist, sobald etwas vorbei fliegt, egal ob es sich um das neuste Flugzeug oder nur um einen kleinen spatz handelt. Lesen sie weiter und lassen sie sich ein auf eine Reise durch die Fliegerei, beginnend von ihre Grundlage, über ihre Entwicklung bis hin zu ihrer spannenden Geschichte, die ihren Ursprung wahrscheinlich zeitgleich den Pyramieden aus Agypten nahm, also früher als je angenommen.
Kapitel 1 Grundlagen der Aerodynamik Was ist Aerodynamik? Ein Flugzeug von hunderte Tonnen Gewicht hebt scheinbar mühelos ab, sodass man ihm sein Gewicht kaum noch ansehen möchte. An diesem wahrgewordenen Traum der Menschheit sind viele Kräfte beteiligt, doch sie alle führen in die Welt der Luftströme, Wirbel, Auftriebe, Widerstände und die der vier wichtigsten Kräfte, die ein Flugzeug in der Luft halten, oder kurz ausgedrückt die Aerodynamik. Die Aerodynamik ist Teil der Strömungslehre oder auch Fluiddynamik, welche die Lehre des physikalischen Verhaltens von Fluiden ist. Unter Fluide versteht man sog. Medien wie z. B. Gase oder Flüssigkeiten. Dabei stammt das Wort Aerodynamik aus dem griechischen und bedeutet nichts spektakuläreris als so viel wie Luftformen oder Luftbiegen, mehr tut ein Flügel mit der Luft auch im Grunde nicht, er schneidet die Luft in zwei Luftströme, wölbt den Einen mehr als den Anderen, woraus ein Druckunterschied entsteht, der dann schließlich das Wunder des Fliegens bewirkt. Viele Fachbegriffe erklären die Aerodynamik, aber selbst jeder der sich durch einen Raum bewegt, bewegt die ihn umgebende Luft und wird somit Teil der Aerodynamik. Aerodynamik hat viele Einsatzgebiete wie z. B. die Automobilindustrie, die durch die Hilfe der Aerodynamik ihre Autos Stromlinienförmiger machen kann, was zu einem geringeren Luftwiderstand führt, der wiederum zu einem geringeren Energieverbrauch führt. Die Lehre der Aerodynamik beschränkt sich aber nicht nur auf Strömungsverhalten von Luft und das erforschen von dem Verhalten von Gegenstände in Luftströmungen, sondern auch auf das strömungsverhalten von Wasser, das natürlich ebenfalls ein Fluid ist. Bei diesem Bereich kommt die Aerodynamik bzw. die Fluiddynamik hauptsächlich dem erforschen der perfekten Rumpform eines Schiffes zu Gunsten. Dabei zeigt Wasser ein ähnliche Strömungsverhalten wie Luft. Aber der Fliegerei bedeutet die Aerodynamik mehr als nur das Verbessern der Effizienz, sie bildet deren Grundlage. Es erforderte lange Entwicklungszeit bevor sich das erste Flugzeug
überhaupt in die Lüfte erheben konnte. Denn im Gegensatz zu der Schifffahrt und den Autos ist das Fliegen eines Flugzeugs wesentlich komplexer, vorallem weil es leichter als Luft sein muss um fliegen zu können, dies setzte allerdings ausgereiftes Wissen voraus wie man die Schwerkraft überlisten könnte, was nur funktioniert, wenn ein Flügel Auftrieb erzeugt....... Kapitel 2 Erste Aerodynamische Kenntnisse und erste Flugversuche Die besten Flieger stamen aus der Natur!. Dieser Satz ist nicht nicht so abwägig wie er doch klingen mag, aber die Art und Effizienz der Fortbewegung von Vögeln und Insekten ist selbst bei modernster Technik bis Heute unerreicht. So ist es auch noch keinem Menschen gelungen sich mit einem Schwinflügel-Flugzeug (Ornithopter) in die Lüfte zu erheben. Ein Ornithopter ist ein Fluggerät nach dem Prinzip der Libelle ähnelt. Ebenso konnten die Flugleistungen etwa einer Libelle im Verhältnis zu Größe und Gewicht nicht einmal annähernd erreicht werden. Das Vorbild schlecht hin für die moderne Luftfahrt ist ohne Zweifel der Vogel. Die Aerodynamik seiner Flügel war Vorbild und Motivation in der Entwicklung der heutigen Starrflügelflugzeuge. Als Starrflügler werden alle Flugzeuge bezeichnet die starre Flügel besitzen, die während der vorwärtsbewegung Auftrieb erzeugen. Ein Hubschrauber besitzt sich drehende Flügel, also ist er ein Drehflügler. Zwar dreht sich ein Ahornsamen wie ein Rotor eines Hubschraubers, gilt dennoch nicht als direktes Vorbild des Hubschraubers, dagegen kommt es dem Gyropter sehr ähnlich, dessen Rotor sich während der Vorwärtsbewegung durch den Fahrtwind bewegt. Trotzdem werden die Werkstoffe der Hubschrauber immer elastischer und inteligenter und somit immer ähnlicher der Natur.
Es mag unglaublich erscheinen, aber die ältesten aerodynamischen Formen gehen auf das Zeitalter der Inkas und Pharaonen zurück. In Mittelamerika fand man kleine aus Gold gefertigten, 1500 Jahre alte, Flugzeug ähnliche Modelle. Ob diese Modelle nach aerodynamischen Regeln angefertigt worden waren steht nicht fest, fest steht jedoch sie besaßen alle wichtigen Elemente, die ein moderns Flugzeug auch besitzt. Sie haben modern Deltaflügel (ähnlich moderner Kampfjets), ein Seitenleitwerk, ein Höhenleitwerk und einen aerodynamischen Rumpf, der all diese Elemente miteinander verbindet. Ein weiterer Beweiss für die Flugtauglichkeit dieser Flugzeuge waren zahlreiche Flugversuche, der Forscher, die sich dieser seltsamen Flugmodelle annahmen. Sie fertigten ein ferngesteuertes, etwa 2m großes, detailgetreues Modell aus Styropor an, womit sie Flugversuche unternahmen. Das Ergebnis war unglaublich dieses Jahrhunderte Jahre alte nachgebildete Modell flog nahezu perfekt. Bedeutet dies nun, dass die Menschen schon Jahrhunderte vor uns Aerodynamische Kenntnisse hatten oder gar geflogen sind? Fraglich ist diese Theorie, dennoch sprechen die Ergebnisse der Flugversuche für sich. Neben den Goldfliegern aus Mittelamerika gab es auch einen Fund aus Ägypten. Es war ein kleines Holzmodell eines Vogels. Es wurde im Jahr 1967 zufällig im Keller des Ägyptischen Museums gefunden in einer Kiste mir der Aufschrift Vogelobjekte, doch der ägyptische Proffessor, der diesen vermeintlichen Vogel fand wurde eher stutzig zumaute. Ein Vogel sollte das sein? fragte er sich.