Warum fliegt ein Flugzeug?

Jan Peter Apel
19.02.2010




Fliegen ist das Problem, oberhalb der Erdoberfläche, das heißt in einem Abstand zum Himmelskörper Erde, bleiben zu können. Dazu ist erforderlich, daß sich ein Flugobjekt schwerer als Luft auf etwas anderem als dem Erdboden abstützt. Eine andere Möglichkeit als sich auf etwas abzustützen um nicht gravitativ runter zu fallen bietet die Natur nicht an. Das `Andere´ zum Unterstützen muß jedoch etwas substanzielles, materiebehaftetes sein. Drücke sind nur ideelles: Kräfte bezogen auf Flächeneinheiten. Kräfte aber entstehen nur durch massebehaftetes, was zwingend auch bei Luft-Kräften einzuhalten ist.

Um ohne festen Untergrund oben bleiben zu können muß sich ein Flugobjekt mangels statischem einen kinetischen `Untergrund´ aufbauen. Diesen beschrieb 1987 Prof. Eppler in der 30. Ludwig-Prandtl-Gedächtnisvorlesung so: „Das Gewicht des fliegenden Flugzeugs wird durch einen aerodynamischen Auftrieb ins Gleichgewicht gebracht. Der Impulssatz im großen besagt sofort, daß dies nur möglich ist, wenn ständig Luftmassen nach unten beschleunigt werden. Die darin enthaltene Energie muß vom Flugzeug erzeugt werden“. (Der Begriff aero`dynamisch´ ist dabei als aero`kinetisch´ zu verstehen).
Die populäre und auch Lehrmeinung, daß `der Bernoulli-Effekt´ fliegen ermöglicht, ist vom Grundsatz her falsch: Luftteilchen fließen genau so wenig an einem Flugzeug vorbei wie Straßenpfosten an einem Auto oder Sterne über der Erdoberfläche. Die horizontale Bewegung der Luft ist nur scheinbar, stellt nur den Fahrtwind, also die Bewegung des Flugzeugs und nicht die der Luft dar. Daraus ergibt sich, daß es eine Luftströmung im Sinne von energiebehaftetem kinetischen Strömen nicht gibt. Eine solche aber wäre Voraussetzung für die Entstehung eines Bernoulli-Effekts. Luft befindet sich in Relation zu in ihr fliegenden Objekten grundsätzlich in Ruhe. Der Mensch schaffte es wie beim Wandern der Sterne am Himmel wieder einmal nicht, im Flugzeug das `Wandern´ der Luft als seine Bewegung zu erkennen, gab sie dafür der Luft und den Sternen.

Genau so wenig, wie aus nur einem Symptom keine Krankheitsursache ermittelt werden kann, kann aus nur einem Symptom des Fliegens wie etwa Stromfädenverläufe an einem Flugzeugflügelprofil nicht das physikalische Natur-Prinzip, die Flug-Ursache, ermittelt werden. Eppler´s und Prandtl´s Erkenntnis, daß sich ein Flugobjekt ursächlich bewegt und dazu Energie in das Flugmedium Luft einbringen muß, stellt die Wahrheit des Fliegens dar. Verwunderlicherweise führten sie diesen physikalisch richtigen Ansatz aber nicht zu Ende, zu einer physikalischen Theorie, die auch Formeln gebärt. Stattdessen bemächtigte sich die Mathematik der Symptome des Fliegens und kleidete diese mit Formalismen ein. Diese technischen Formeln sind erfolgreich nutzbar, physikalisch jedoch nicht aussagefähig. Solche Zustände, funktionierende Technik ohne physikalischen Durchblick, sind in heutigen Wissenschaften eher die Regel als die Ausnahme: aus den Symptomen der Gravitation gibt es sogar fünf physikalisch vollständig unterschiedliche sinnhafte Theorien, die auch noch alle zum gleichen mathematisch richtigen Ergebnis führen, aber trotzdem physikalisch alle falsch sind. Energie muß ein Flugobjekt deshalb `ausgeben´, weil es permanent an jeder Stelle wo es sich befindet Luftmasse aus ihrem zuvorigen Zustand (welcher das auch sein mag!) nach unten beschleunigen muß um eine daraus kinetisch entstehende Rückstoßkraft als Auftriebskraft, als Unterstützung, zu erzeugen. Wie das im Einzelnen geschehen kann, ist technisch zu lösen, wofür die Natur aber Vorbilder liefert, vom stetigen Vorwärtsflug wie dem Standflug auf der Stelle.

Die Symptome des Fliegens sind im Wesentlichen:
Unterdruck über und überdruck unter einem Tragflügel, absinkende Wirbelschleppen hinter Flugzeugen, kein doppelter Auftrieb durch zwei Flügel bei Doppeldeckern, eine Auftriebserhöhung bei Tiefstflug (Bodeneffekt), eine völlig unverständliche Luftmassenanhebung vor einem Tragflügel, ein `Anfahr´wirbel, Insektenflug mit gegenüber Flugzeugen unrealistischen Parametern.
Die physikalische Theorie des Fliegens muß alle diese Symptome aus nur der einen kausalen Ursache heraus ohne Verrenkungen direkt erklären können. Ein Flugzeug fliegt auf seine Weise, ein Vogel auf seine, die Hummel auf ihre usw. Wie ein Flugobjekt es schafft, genügend Luftmasse mit genügender Geschwindigkeit abwärts zu stoßen, um darauf `reiten´ zu können, ist ihm überlasssen. Alle technischen Möglichkeiten stehen dafür zur Verfügung.

Um Massenströme von Luft in Bewegung versetzen zu können, müssen geeignete `Geräte´ verwendet werden. Das sind flächige Gebilde, bei den meisten Flugobjekten Flügel. Fliegen aber von einer bestimmten Profilform dieser flächigen Elemente zum Luft bewegen abzuleiten entspricht dem Versuch, Schwimmen mit der Form eines Badeanzugs erklären zu wollen. Beides, Fliegen wie Schwimmen, funktioniert durch abwärts stoßen von Masse. Für das Schwimmen, wo nur ein ganz kleiner Teil des Körpergewichts gegen die Gravitation hoch gehalten wird, ist die Handfläche im Wasser als `Tragfläche´ ausreichend groß, für das Fliegen aber nicht. Deswegen haben Vögel ihre `Hand´ mit dem ganzen Arm durch Federn so vergrößert, daß sie ausreichend viel Luftmasse bewegen können.
Heutige Aero`dynamik´ interpretiert die Physik des Fliegens auch aus noch einem anderen Einzel-Symptom, dem Einfluß der Zähigkeit der Luft auf die Luftkraft. Sie sei sogar `heimliche´ Verursachung des Fliegens überhaupt. Das ist grundlegend falsch! Luft besteht aus Materieteilchen, die Festkörper darstellen und bei Verschiebungen mit ihrer Trägheit antworten: Luftkräfte sind kinetische Verschiebungskräfte. Zähigkeiten der Luft helfen dabei nur mit, merkbar erst, wenn sie im Vergleich zu den kinetischen Kräften groß genug sind. Das ist sicherlich bei den kleinen Obstfliegen der Fall. Flugobjekte können entgegen den Aussagen der bestehenden nur technischen Formeln der Symptome des Fliegens sehr wohl rein kinetisch fliegen, selbst wenn die Zähigkeitskräfte in Gasen Null betragen würden: Luftteilchen verhalten sich doch wie Ping-Pong-Bälle!

In der folgenden Animation sind einfachste Platten gezeichnet mit denen selbstverständlich fliegen möglich wäre. Besondere Profilformen ermöglichen nicht das Fliegen, verbessern es aber entscheidend: weniger Energieaufwand wie sichereres Fliegen und höhere Festigkeit von Flügeln und sogar triviales wie Platz für Treibstoff und Einziehfahrwerke. Fliegen heißt: Luft mechanisch nach unten stoßen. Das ist sein ganzes Geheimnis.

Die folgenden Animationen zeigen idealisiert das auf, was das Grundsätzliche des Fliegens bei den verschiedenen Flugarten verglichen mit dem gleich funktionierenden Raketenprinzip ist. Die Einrahmungen stellen die Bilder einer mitziehenden Kamera dar. Die in diesen Bildern sichtbaren horizontalen Bewegungen der blauen Luftbewegungspfeile entstehen aus dem Schwenk der Kamera und sind nicht etwa tatsächliche horizontale Bewegungen der Luft.



Die Rakete als sich zwar nicht im Sinne von Fliegen bewegendes Objekt zeigt das Prinzip des kinetisch verursachten Obenbleibens am deutlichsten auf, weil man ihren Massenstrom nach unten als kinetische Abstützung sehen kann. Daß Flugobjekte aber einen gleichartigen Massenstrom nach unten erzeugen ist unsichtbar und wird bis heute bis in höchste Lehrinstitute nicht gelehrt.

Die blauen Pfeile repräsentieren ortsfeste und primär von Flächen erzeugte Bewegungen von Luftbereichen. Die roten Kreise sind zusätzliche Markierungen einzelner Luftteilchen als `Leitpfosten auf einer Luftstraße´. Sie kommen einem Flugobjekt aber nur genau so fiktiv entgegen wie Bäume einem fahrenden Auto. Im Bild `bewegen´ sich die roten Luftteilchen als Fahrtwind auf den vom Windkanal bekannten Rauchfädenwegen. Ihre nur fiktiven horizontalen Bewegungen führten zur falschen Bernoulli-Theorie. Die vertikalen Bewegungen der rot und blau markierten Luft sind jedoch das, was die Raketenabgase auch aufzeigen: abwärts beschleunigte Luftmassen. Das Bild für den Flugzeugflügel ist in entsprechender Lage auch für die Rotoren an Hubschraubern wie Blättern von Propellern gültig. Alle Bewegungen der Luft finden ortsfest statt, ihre horizontalen Bewegungen im Bild werden nur durch den Schwenk einer Aufnahmekamera mit dem Flügel verursacht.
Der Standflug von Insekten, Kolibries und auch heimischen Meisen in der ganz rechten Animation ist insgesamt ortsfest. Die roten Luftteilchen zeigen den durch die Schwenkbewegungen der etwa 45° angestellten Flügel erzeugten nach unten fließende Luftstrom deutlich auf. Die meisten Insekten und die Hummel fliegen sogar während ihres Vorwärtsfluges so.
Der Windkanal beinhaltet einen physikalisch unzulässigen Tausch von Ursache und Wirkung, wodurch die beobachteten Bewegungen für physikalische Interpretationen rückgetauscht werden müssen.

Nicht gezeichnet sind die Folgen der direkt mechanisch kinetisch im Bereich der blauen Pfeile durch Flächen primär beschleunigend in Bewegung versetzten Luftbereiche. Diese Bereiche setzen selbstverständlich darüber/darunter/daneben befindliche Luft mit in Bewegung. Die Luftgeschwindigkeiten im blauen Pfeilbereich aus der ihr erteilten Ursprungsbewegung wird unmittelbar hinter einem Flugobjekt geringer, da ja umgebende Luft mit in Bewegung versetzt wird. Das Endergebnis aus allem sind Wirbel rund um die Flugfläche fliegender Objekte, auf denen Luft zum Strömen nach unten gebracht wurde. Die Erklärung der Wirbelentstehung hinter einem Flugzeug durch eine Druckausgleichströmung von Unterseite zu Oberseite von Tragflügeln ist falsch, auch weil daraus keine Abwärtsbewegung der Luftwirbel entstehen könnte. Die Wirbel begleiten die nach unten in Bewegung versetzten Luftmassen, da sie an deren Rändern entstehen und diese damit auch aufzeigen. Grenzlinien sich unterschiedlich bewegender Luftbereiche sind eine Art der Entstehung von Wirbel.

Eine steilst möglich startende Taube zeigt folgend noch einen aerokinetischen Vorgang, der als Extremfliegen bezeichnet werden kann. Die Taube schlägt mit jeder Abwärtsbewegung ihrer Flügel Luftmasse nach unten, wodurch sie sich wie auf Treppenstufen anhebt. Das ist für jede/n original in der Natur beobachtbar.

So, wie jede Erkrankung ihre Symptome besitzt, besitzt auch jedes Naturgeschehnis Symptome, die als Erscheinungen bezeichnet werden. Aus diesen den Ursprung, das Ursache-Wirkungs-Geschehen, zu ermitteln, ist kriminalistische Aufgabe von Physikern. Mathematisch geht das grundsätzlich nicht (siehe in www.kosmosphysik.de). Die mathematische Erfassung nur der Symptome von Naturgeschehen ist aber ausreichend, um Technik zu gestalten und z. B. Flugzeuge zu konstruieren. Von der Physik des Fliegens versteht die derzeitige Aero`dynamik´ mit ihrer Symptom-Mathematik/Technik nichts.

Die Populär- und physikalische `Gretchen´-Frage "Warum fliegt ein Flugzeug?" beantwortet sich mit dem richtigen Prinzip des Fliegens mit nur fünf Worten:

Weil es Luftmasse abwärts stößt

Diese Aussage ist die Theorie allen Fliegens. Sie hält die Bedingungen ein, die Theorien für ihre Richtigkeiten zwingend zu erfüllen haben: Allgemeingültigkeit und ausnahmslos alle Fragen beantworten könnend.

flugtheorie.de