Auftrieb und Strömungsabriss

Man findet unzählige Erklärungsversuche, warum ein Flugzeug fliegt. Die meisten Erklärungen enden in einer Mischung aus aerodynamischen Effekten und Theorien. Sind alle Effekte ursächlich, oder nur einige? Welche Theorie kommt der Realität am nächsten? Herkömmliche Erklärungen (auf der Grundlage der Strömungsmechanik) machen den Auftrieb eines Flugzeugs einigermaßen verständlich, aber wenn es um die "Königsdisziplin" der Aerodynamik geht - den Strömungsabriss - greift selbst Wikipedia zu kurz. Es gibt viele peinliche Erklärungen, die die Auswirkungen des Phänomens oder mögliche Abhilfemaßnahmen beschreiben, aber keine fundierte physikalische Erklärung liefern. Es ist richtig, dass die Strömungsmechanik ihre Berechtigung hat, komplex ist und auf "echte" Strömungen angewendet werden kann. Sie als Grundlage für die Erklärung des dynamischen Auftriebs zu verwenden, führt jedoch in eine Sackgasse. Am Flugzeugflügel gibt es keine horizontale Strömung; deshalb gibt es auch keine vernünftige Erklärung für den Strömungsabriss, wenn man ihn auf der Grundlage einer horizontalen Strömung erklären will.

Darum dieses Vorwort vor der Einleitung

Die Natur in ihrem Wesen ist vielfach erforscht und die Zusammenhänge, Gesetze, Regeln und Wirkungen sind dokumentiert. Es ist beeindruckend, wenn man mit Hilfe der Mathematik bestätigen kann, was man entdeckt hat. Die Strömungsmechanik ist voll davon. Mit Hilfe der Mathematik lassen sich physikalische Zusammenhänge berechnen, aber mit Mathematik lassen sich keine Zusammenhänge entdecken. Zuerst kommt die Erkenntnis, dann eine Theorie (Gedanke, gesprochenes und geschriebenes Wort), dann der praktische Beweis (praktische Versuche/Experimente - keine Laborversuche/Experimentieranordnungen, die praktischen Versuchen ähneln, sie führen manchmal auf falsche Wege) und schließlich eine mathematische Formel.

Was ist also richtig und wahr (im Allgemeinen und speziell in Bezug auf den dynamischen Auftrieb)? Die meisten glauben, dass es vom Beobachter abhängt. Jeder Mensch bastelt sich seine Version der Wahrheit. Zum Glück ist die beobachtbare Natur der Physik absolut. Meinungen sind hier irrelevant; Wissen zählt. Wenn eine bestimmte Frage zu einer Antwort führt, die aus allen Blickwinkeln klar und unumstritten ist, kann sie als Wahrheit akzeptiert werden.

Warum fliegt ein Flugzeug?

Mögliche Antworten:
- Weil der Pilot den Motor angeworfen hat, Gas gibt und sich in die Luft erhebt - wahr aber irgendwie Unsinn/zu naiv.
- Weil ein Flugzeug Flügel hat - nur wahr wenn es fliegt (sich in der Luft bewegt) und die Flügel dabei auch wirksam sind.
- Weil.... Die vorstehende Frage ist viel zu unklar um darauf antworten zu können. Es ist nicht erkennbar worauf der Fragende abzielt.

Warum / Wie / Weshalb kann ein Flugzeug fliegen?

Mögliche Antworten:
- Weil der Auftrieb ein Flugzeug in der Luft hält - richtig aber unter welchen Umständen bildet sich Auftrieb? Lässt man die Antwort stehen oder ist man mit der Erklärung zufrieden dann ist man kaum schlauer als zuvor.
- Weil von den Flügeln Auftrieb erzeugt wird - richtig aber ebenfalls kein wirklicher Erkenntnisgewinn, falsch sogar wenn die Flügel im Flug nicht wirksam sind - ja das gibt es: wenn es im Messerflug ist.
- Weil sich im Flug aerodynamische Kräfte am Flügel bilden - ja aber nur wenn die Flügel in Wirkung sind (Anstellwinkel) und die überwiegende Kraft der Auftrieb ist. Die physikalischen Zusammenhänge bleiben nach wie vor unklar.
- Weil nach dem Bernoulli-Prinzip die Luftströmung oberhalb des Flügels aufgrund der gekrümmten Oberfläche schneller ist, was zu einem Druckabfall führt - nicht korrekt. Die Kontinuitätsgleichung von Bernoulli zeigt, dass der Energiezustand vor und nach einem Rohr gleich bleibt. Es tritt keine zusätzliche oder umgeleitete Kraft auf. Außerdem ist bewiesen, dass sich die vorne geteilten Luftteilchen nicht gleichzeitig hinter dem Tragflügel treffen; das obere Luftteilchen kommt zu spät. Streng genommen gibt es keine horizontale Strömung über den Flügel, wenn dann eine vertikale.

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