Allgemeinphysikalisch:
Aerokinetik heißt Bewegung. Die Physik der Bewegung beginnt mit:
Geschwindigkeit ist gleich Beschleunigung mal Zeit:
v = a * t
Für den freien Fall ergibt sich daraus:
v = g * t
Eine weitere Beziehung ist: Weg ist gleich halbe Endgeschwindigkeit mal Zeit:
s = v/2 * t
für den freien Fall wird daraus:
h = v/2 * t
Aus v = g * t und h = v/2 * t entsteht:
v = Wurzel aus (2 * g * h)
Die Formel sagt aus, mit welcher Endgeschwindigkeit ein frei fallender Körper am Boden
auftrifft. Mit eben dieser Geschwindigkeit ausgestattet würde ein Körper auch zu dieser
Höhe wieder aufsteigen können. Die Formel führt also auch zur Steighöhe, die zu einer
bestimmten Anfangsgeschwindigkeit gehört. Was diese `Universal´-Formel außerdem noch
aufzeigt, wird im Folgenden noch dargestellt.
Neben den zuvor verstandenen Geschwindigkeiten gibt es noch `gespeicherte
Geschwindigkeiten´. Sie entstehen auf Grund des Naturprinzips der Wandlungsmöglichkeit von
statischer zu kinetischer, das ist kinetische Energie. Der Bodendruck z. B. eines
Wasserbehälters verleiht ausströmendem Wasser eine bestimmte Geschwindigkeit. Diese ist
genau jene, die sich aus der vorgenannten Formel ergibt: es ist die Geschwindigkeit,
die sich ergibt, wenn Wasser aus der Höhe des Wasserspiegels bis zur Ausflußöffnung
herabfällt.
Damit ergibt sich eine natürliche Verbindung von Geschwindigkeiten zu Drücken, wie hier
dem Wasserdruck als `Vertreter´ der Fall-Endgeschwindigkeit.
Geschehnisse für die vorgenannt entwickelte `Fall´formel:
Welche maximal erreichbare Absprunggeschwindigkeit eines Skispringers
ist bei wieviel Meter `Höhen´anlauf erreichbar?
Aus welcher Höhe muß ein Auto vom Kran fallen gelassen werden, um
einen Chrash mit bestimmter Geschwindigkeit simulieren zu können?
Wie hoch könnte eine Gewehrkugel ohne Berücksichtigung des
Luftwiderstandes steigen?
Wie groß ist die Ausflußgeschwindigkeit von Flüssigkeiten entsprechend
dem Füllstand über der Ausflußöffnung?
Aerokinetisch:
Nun sind die vorgenannten physikalischen Zusammenhänge zwischen Höhe, Geschwindigkeit
und Druck noch nicht das, was speziell in der Aerokinetik darunter gesehen wird.
Werden die Formeln für die Fallendgeschwindigkeit v = Wurzel
(2*g*h) und die für den Bodendruck p = h * Gamma miteinander
verknüpft, so entsteht:
p = (rho/2) * v2
In der Aero- und Hydrokinetik ist das der Staudruck pStau! Er stellt
dort die wichtigste Größe überhaupt dar: er ist der Schlüsselparameter!
Wie entsteht Staudruck?
Staudruck entsteht, wenn Gas/Fluid in der Flächensenkrechten mit einer Fläche
karamboliert! Die Karambolage kann senkrecht durch freien Fall von Gas/Luft gegen
eine Fläche (Boden) oder den Fall einer Fläche in Luft/Gas erfolgen. Weiter durch
allgemeine Bewegung zwischen Gas/FLuid und Flächen wie z. B. durch den Anteil der
Bewegungsgeschwindigkeit eines Tragflügels in seiner Flächensenkrechten gegen die Luft.
Ohne Staudruck in der Aerokinetik könnte kein Segelboot fahren, sich kein Windrad drehen
und kein Flugzeug fliegen!
In der Hydrokinetik könnte sich keine Wasserturbine drehen und keine Pumpe Wasser den
Berg hinauf fördern!
Ganz explizit: ohne Staudruck gäbe es keinerlei kinetische Kräfte. Es würde bei Sturm
oder überschwemmung aber auch kein Baum oder gar Gebäude weg gedrückt werden können!
Beispiel für den Zusammenhang von Fallhöhe und Bodendruck:
10 m tiefes Wasser. Der statische Bodendruck ist:
pStat = h * rho * g, also 10 m * 1000 kg/m3 * 9.81 ms2
= 100000 N/m2,
damit 1 dN/cm2.
Ein Fall aus 10 m Höhe endet mit 14,14 m/s. Der Staudruck für Wasser
ist dazu:
pStau = 1000(kg/m3) dividiert durch 2 mal 14,142
(m2/s2)
= 100000 N/m2 = 1 dN/cm2.
Gibt es einen besseren Beweis?
Das Relative:
Die Natur der Entstehung von Staudruck ist ein rein relativer.
Ob Luft oder Wasser gegen eine Fläche oder diese gegen Luft oder Wasser `anprallt´,
ist egal. Einzig das gegenseitige Kollisionsgeschehen ist bestimmend. Die Frage, wer von
den beiden sich wie gegenüber dritten Objekten oder Beobachtern bewegt, ist egal.
Für die Luft gegen den Tragflügel bzw. umgekehrt bedeutet das, daß dieses Geschehen
keinerlei Bezug mehr zu Erde, Sonne, Galaxie oder Anderem haben. Damit wird die
Postulation einer `Strömung´ grundsätzlicher Unsinn.
Beispiel:
Wind bläst mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h gegen eine Hausfläche von 10 mal 5 m.
Wie groß ist der Staudruck und die Windkraft gegen die Hausfläche?
Staudruck: p = rho/2 * v2
= 1,2/2 * (100/3,6)2 = 460 N/m2.
Das sind 4,6 mbar.
Windkraft: F = rho/2 * v2 * A = 1,2/2 * 100/3,6 * 50
= ca. 23000N = 2,3 t
Da an der Rückwand Sog in (mindestens) gleicher Höhe entsteht, ist das Ergebnis
für die gesamte Windkraft am Gebäude zu verdoppeln.
Der `normale´ Atmosphärendruck auf der Erdoberfläche ergibt sich auch als Staudruck,
obwohl dabei kein Wind von oben nach unten bläst:
Luftteilchen der Atmosphäre würden mit der Geschwindigkeit gegen den Boden `prallen´,
der als Staudruck genau dem Atmosphärendruck entspricht. Die Atmosphäre entspricht also
den gleichen Verhältnissen, die für ausfließendes Wasser aus einem Behälter vorliegen.
Die Lufthülle der Erde ist auch nur ein `Topf´, an dessem Boden das Gas `Luft´ eine
`gespeicherte´ Geschwindigkeit enthält: in Form von Druck, der genau dem Druck entspricht,
der sich aus dem freien Fall der Luftteilchen ergeben würde.
Eine physikalische Analyse ergibt für alle Stauvorgänge:
An einer Staufläche liegt der Zustand eines gegenseitigen Beschleunigens vor
Z. B. Beispiel würde der Druck durch aufprallende Luftteilchen an einer Hauswand genau
so entstehen, wenn die Wand den Luftteilchen die Beschleunigung erteilen würde, mit denen
diese aus ihrere Bewegung beim Aufprall von der ruhenden Wand abgebremst werden.
Das `Statische´:
Gegenseitiges Beschleunigen liegt auch bei Drücken als `Ersatz´ für
Kollisionsgeschwindigkeiten vor: Luft wird mittels des Bodendruckes von der Erdoberfläche
weg beschleunigt, die (anprallende) Luft will mittels des gleichen Druckes die Erde weg
beschleunigen. Das muß man sich aber wohl ganz langsam zu Gemüte führen. Erdbeschleunigung erscheint
zwar anders als technische Beschleunigung zu sein, ist laut Einstein aber in Wesen und
allen Auswirkungen identisch!
Daraus ergibt sich folgende Schlußfolgerung: Staudruck und statischer Bodendruck ergeben sich nicht
nur aus physikalisch ähnlichem Geschehen, sondern sind absolut identisch! Natürlicher Bodendruck entsteht
so, als wenn bei einer gegenseitigen Beschleunigung in der Größe der Erdbeschleunigung Luft und Boden
aufeinander prallen würden! Daraus ermöglicht sich folgender Trick:
werden Drücke in Höhen `überführt´, so lassen sich die Geschwindigkeiten, die diese Drücke der Luft oder
dem Wasser erteilen können, mit der Formel v = Wurzel (2 * g * h) einfach berechnen!
Beispiel:
Der Luftdruck unserer Atmosphäre für Normzustand und 1bar entspricht einer `Höhe´ von
ca. 7700m. (`Höhe´: obwohl die Lufthülle der Erde für 1bar Bodendruck wesentlich höher
ist: für so große Bereiche stellt bei Gasen diese Rechnung für h nicht mehr die Realität
dar. Das kommt daher, daß durch die Kompressibilität der Luft diese mit zunehmender
Höhe immer leichter wird: ihre Wichte nimmt ab. Für die Bestimmung des Bodendruckes
und der Ausströmgeschwindigkeit ist diese Art der `Höhen´rechnung als fiktiver Höhe mit
einer konstanten Luftdichte wie am Ort des betrachteten Geschehens jedoch zulässig.)
Beispiel:
Bei welchem Druckverhältnis erreicht ausströmende Luft eine
Geschwindigkeit von 333m/s?
333 = Wurzel aus (2 * g * h): Ergebnis:
h = 6092m
Diese Höhe kommt zur Atmosphären`höhe´, in die hinein die Luft
ausströmen soll, hinzu. Der Druck vor einer Düse muß also
7700m plus 6092m = 13792m
betragen. Das Druckverhältnis vom
Düsenvordruck zum atmosphärischen Druck, in den die Luft
ausströmt, beträgt:
13792 / 7700 = 1,79.
Der (absolute) Vordruck vor der Düse beträgt damit auch 1,79 bar.
(Diese Rechnung ist nur eine `ca. Rechnung´, erreicht gegenüber den
genauen thermodynamischen Berechnungen aber gute `Daumenwerte´!
Achtung: 333m/s bedeuten für die ausströmende Luft nicht die
Schallgeschwindigkeit! Da die Luft beim Austausch von Druck in
Geschwindigekeit (Bernoulli) abkühlt (Adiabate), wird auch ihre
Schallgeschwindigkeit geringer!)
Zusammenfassung für das Staudruckgeschehen:
`Erdstatik´ der Bodendrücke für Gase und Fluide erweisen sich
als `verkappte´kinetische Staudruckvorgänge.
Bei der Wechselwirkung von Flächen und gasförmigen wie fließfähigen
Medien stehen Geschwindigkeiten und Drücke in direktem Zusammenhang
und sind gegenseitig wandelbar.
Die wechselweise Zusammengehörigkeit von Geschwindigkeit und Druck
ist Inhalt der sogenannten Bernoulli´schen Gesetze. Deren Formeln
fußen direkt auf der hier entwickelten Staudruckformel.
Warum fliegt ein Flugzeug?
Dafür ist alles bisher Gesagte essentiell. Für die Klärung dieser
Frage wird im Weiteren nur noch von Fläche und Luft gesprochen.
Kinetische Kräfte an Flächen können nur über die Bildung von
Staudrücken entstehen. Eine andere als diese kinetische
Entstehungsart zwischen Luft im offenen Luftraum und einer Fläche gibt
es nicht!
Prallen Luftteilchen senkrecht auf eine Fläche, so entsteht der
Staudruck entsprechend der gegenseitigen Geschwindigkeit. Spürbar
ist das z. B. beim Schwenken einer Papp-Platte oder großem Fächer
quer durch die Luft. Wird die Papp-Platte flach ohne `Anstellung´
durch die Luft bewegt, so ist keine Kraft als Widerstand spürbar.
Es kann mangels Stirnfläche auch kein Staudruck entstehen. Nur ein
bißchen Bewegungskraftbedarf entsteht durch die Reibung an den beiden
Oberflächen. (Reibungskräfte bleiben in den weiteren Betrachtungen
unberücksichtigt, da sie für die hier vorgenommenen Betrachtungen
keine prinzipielle Rolle spielen.)
Zwischen quer- und längs bewegen der Papp-Fläche sind alle `schiefen´
Winkel gegen die Bewegungsrichtung möglich. Wo und wie entstehen
dabei Staudrücke?
Staudrücke entstehen auch bei schrägem Durchbewegen einer Fläche durch
die Luft. Auch dabei gilt jedoch die bisherige Voraussetzung, daß die
Staudruckformel einen senkrechten Aufprall auf Flächen voraussetzt!
Findet schräge Bewegung zwischen Fläche und Luft statt, so ist die
gegenseitige Relativgeschwindigkeit nicht mehr die
Aufprallgeschwindigkeit.
Für das nur relative Geschehen zwischen Flügel und Luft kann weder
von Luft- noch von Flügelgeschwindigkeit gesprochen werden, da beide
einen Bezug zur Umwelt darstellen, der für dieses Geschehen jedoch
gar nicht vorhanden ist. Die Natur des Geschehens ist
nur rein gegenseitig, also relativ!
Bei Null Anstellwinkel finden bei einer unendlich dünnen Fläche
trotz ihrer Bewegung keinerlei Aufprallereignisse statt. Eine
unendlich dünne Fläche hinterläßt (Mitnahme von wenigen Luftteilchen
durch Reibung mal weg gelassen) bei ihrem Durchdringen der Luft
ohne Anstellwinkel keinerlei Spuren! Das beweist, daß die
Vorwärtsbewegung nicht Ursache für Wirkungen zwischen Fläche und
Luft sein kann.
Erst bei gegenseitig schräger Differenz-, bzw. Relativbewegung
ergeben sich Bewegungskomponenten in Richtung der Flächensenkrechten
für senkrecht auf die Fläche erfolgende Aufprallvorgänge!
Diese sind eindeutig beschreibbar. Die Bewegungskomponente vS von
Luftteilchen zur Flächensenkrechten bei einem Anstellwinkel a und
der Differenzgeschwindigkeit v zwischen Fläche und Luft ist:
vS = v * sin a
Mit dieser Geschwindigkeit nähert sich die Flächenoberfläche in ihrer
Senkrechten den Luftteilchen. Das entspricht dem Ablauf
an einer schiefen Ebene. Ein Flügel schiebt also Luftteilchen nach
dem Prinzip einer schiefen Ebene mit seiner Oberfläche zur Seite.
Für den Zweck des Fliegens findet das `zur Seite schieben´ durch die
fast horizontal liegende Flügelfläche nach unten statt.
Physikalisch werden Luftteilchen von ihrem Ort, den sie ohne
Einfluß der Fläche inne behalten hätten, nach unten beschleunigt.
Das geschieht in Richtung senkrecht zur Fläche, absolut gesehen um den
beim Fliegen geringen Anstellwinkel a fast lotrecht.
Das Prinzip zur Bildung der Auftriebskraft am Tragflügel ergibt sich
nach der eingangs entwickelten Staudruckrechnung mit vS als
Luftgeschwindigkeit! Für den Tragflügel ist dabei zu beachten: genau
so, wie an der Unterseite Druckkraft aus dem Staudruck entsteht,
entsteht an der `Rück´seite, der Oberseite, aus Sog eine gleich große
Kraft! Physikalisch ist der Vorgang genau gleich, nur die Vorzeichen
für die Luftbewegung der `oberen´ schiefen Ebene und Druck sind
negativ, ergeben im Produkt damit aber eine gleich gerichtete Kraft:
auch nach oben! Damit wird die Auftriebskraft doppelt so groß wie der
Anteil aus nur der unteren Staudruckseite! (Daß die
Auftriebsverteilung zwischen Unter- und Oberseite nicht so ist,
sondern oben 2 Teile und unten 1 Teil, tut der Rechnung keinen
Abbruch, da es sich hierbei nur um Verschiebungen handelt, die die
Summe nicht beeinflussen. Die genannte Aufteilung ist auch nur bei
gewissen Bedingungen so, gilt also nicht generell. Im übrigen kann
die etablierte Strömungs-Theorie diesen Unterschied nicht darlegen.
Mit den hier neu erkannten Grundlagen zur Auftriebserzeugung wird
eine Erklärung aber absehbar.)
Der Wirkmechanismus für den Tragflügel an einem Beispiel:
Airbus A340
(Die Daten einschließlich des Anstellwinkels von 6° wurden
dem physikalischen Blatt 57 (2001) Nr. 6 "Physik des Fliegens"
entnommen):
Flügelfläche 363 Quadratmeter
Anstellwinkel 6° bei 150 m/s (540 km/h)
Spannweite 60 m
Gewicht 270 t
Auftrieb A = 2 * Staudruck * Fläche * (cos a)2
(cos a)2 berücksichtigt, daß die Kraft aus dem Staudruck
senkrecht zur Fläche und nicht zur Lotrechten steht und die
Flächenverminderung der Flügel bei ihrer Projektion in die
Waagerechte.
Der Staudruck pStau ist = 2 * (rho/2) * (v * sin a)2
Ergebnis: pStau = ca. 150 N/Quadratmeter. Das sind mit der Fläche
des Flügels ca. 10 Tonnen Auftrieb! Tatsächlich entsteht aber ein
Auftrieb von 270 t!
Eine Desaster! Die Auftriebsermittlung über den Ansatz Staudruck
ergibt ein Ergebnis, das diese Theorie als falsch erscheinen läßt.
Die Suche nach der Ursache ergibt zunächst folgenden `verdächtigen´
Zusammenhang:
wird der zuvor ermittelte Auftrieb mit dem Verhältnis von sekundlich
zurückgelegter Strecke des Flügels zur Flügeltiefe multipliziert, so
ergibt sich der Wert, der von der Grundsatzformel für aerokinetische
Kräfte geliefert wird.
Diese zweite Formel für den Auftrieb A mit der Implantation der
Spannweite S in die aerokinetische Grundformel aus dem Durchflußansatz
lautet:
A = rho * S * v3 * (sin a)2 * (cos a)2 * 1 sec
Der Faktor 1 sec am Ende stammt von der vom Flügel überstrichenen
Fläche in einer Sekunde und ist für die Dimensionsgleichung
erforderlich!
Auf dieser Fläche produziert der Flügel eine Abwärtsströmung.
Der Rückstoß aus der abwärts Beschleunigung von Luftmasse auf
dieser Fläche ergibt hier die Auftriebskraft!
In dieser Formel steckt ebenfalls die zuvor gefundene (konstante)
Abwärtsgeschwindigkeit aus der Wirkung der schiefen Ebene in der
Größe vS = v * sin a. Da Auftrieb in der absolut Senkrechten
definiert ist, kommt der cos a auch hier hinzu.
Die Werte des Beispiels eingesetzt:
A = 1,15 kg/m3 * 60 m * 1503 m3/s3 *
(sin 6°)2 * (cos 6°)2 * 1 s
A = 2.500.000 N
Diese Formel liefert ein Ergebnis für den Auftrieb von ca. 250 Tonnen.
Das ist für eine Grundsatzformel ohne Korrekturen ein ausnehmend
guter Wert im Vergleich mit dem tatsächlichen Auftrieb von 270 t.
Warum aber ergibt die auf die Flügelfläche bezogene Rechnung nicht
einen ähnlichen Wert, sondern nur einen um Flächentiefe durch
sekundliche Vorwärtsbewegung sehr stark verminderten?
An dieser Stelle ist deutlich zu machen, daß das `Geheimnis´ des
Fliegens kein einfaches ist! Es gäbe es sonst nicht!! Weder Drücke
noch Druckverteilungen noch Geschwindigkeitsvariationen am
Tragflügelprofil weisen direkt auf das zugrunde liegende,
erstaunlicherweise dann sehr simple physikalische Prinzip der
Kräftebildung hin. Ohne hartnäckiges Hinterfragen und ausgeprägtem
physikalischem Gespür ist der Natur hier nicht auf die Schliche zu
kommen.
Da hilft auch kein noch so virtuoses mathematisches Können! In Richtung
physikalischer Grundsätze, also in die `Tiefe´, läßt sich grundsätzlich
nichts `herbei rechnen´!
Rechnen geht nur nach `außen´ oder `quer´ mit zuvoriger Kenntnis der
physikalischen Grundsätze wie hier zu Beginn bei der Erstellung der
Fallgeschwindigkeitsformel!
Es zeigt sich nun im Folgenden, wie der lächerlich kleine Wert für den
Auftrieb aus dem Staudruckansatz doch noch zu richtiger Größe anwächst.
Dazu ein andereskinetisches Bewegungsgeschehen.
Beim Tennis werden Aufschlaggeschwindigkeiten des Balles von über
200 km/h erreicht. Die reine Schlägergeschwindigkeit erreicht diesen
Wert nicht im Entfertesten! Wie kommt das?
Der Ball stößt mit dem bewegten Schläger zusammen. Er muß dabei aus
einer auf die Schlagrichtung bezogenen Ruhelage beschleunigt werden.
Gegen seine eigene Masse. Dadurch drückt er sich elastisch zusammen.
Er erhält nun neben der Schlägergeschwindigkeit auch noch die
Geschwindigkeit, die sich aus der Rückfederung aus seinem zusammen
gepressten Zustand ergibt. Die gespeicherte Energie aus dem
Auftreffstoß und die durch die Schlägerbewegung erteilte kinetische
Energie zusammen erteilen somit dem Ball eine wesentlich höhere
Geschwindigkeit als der, die nur aus der Schlägerbewegung resultiert.
Selbiger Ablauf findet auch am Tragflügel mit der `getroffenen´
Luft statt!
Damit zeigt sich das bisher so gut versteckte Geheimnis des
Fliegens: Staudruck aus der der Luft erteilten Bewegung aus der
bewegten schiefen Ebene PLUS der Wirkung aus dem elastischen Stoß,
mit dem die Luft ergriffen wird!
Ein weiterer Vergleich der beiden Auftriebsformeln an einem
anderen Geschehen:
Die aus dem Staudruck entwickelte und in diesem Test versagende Formel
ergibt an anderer Stelle, nämlich für Strömungsmaschinen (Gebläse)
den gleichen Wert für Durchfluß und Rückstoßkraft (Auftrieb) wie die
Formel nach dem Durchflußprinzip. Grund: die Gesamt-Flächen der
Schaufeln sind dabei gleich der der sekundlich überstrichenen
Luftquerschnittsfläche! Doppelungen, also überschneidungen der
Schaufeln, zählen dabei nicht. Das belegt eindeutig die Sinnhaftigkeit
der Staudruckformel!
Rotations-Schaufeln, auch wie Flügel funktionierend, bewegen sich in
dem von ihnen erzeugten Luftstrom, der sich, da er ortsfest ist, in
ausgeglichenem, d. h. stationärem, Zustand befindet.
Eine einzelne Fläche wie der Tragflügel, der bei seiner
Vorwärtsbewegung die Luft abwärts stößt, findet diese aber relativ
zu sich im Ruhezustand vor und muß die Luftbewegung nach unten
permanent neu starten! Erst nach dem `Stoß´ findet sich nach
bestimmter Zeit der ortsfeste und stationär abwärts fließende
Luftstrom ein.
Es zeigt sich, daß der sich dauerhaft einstellende Luftfluß
nach dem Stoß des Flügels auf die Luft genau die Geschwindigkeit
besitzt, die sich auf Grund der schiefen Ebene aus der Anstellung
des Flügels ergibt. Zu erkennen ist das dadurch, daß eine
Luftströmung hinter einer Fläche in Richtung des Endes dieser
Fläche weiter fließt, also mit eben diesem Winkel. Weiter dadurch,
daß aus der `Düsen´-Formel richtige Auftriebsergebnisse entstehen:
in ihr ist genau diese Abwärtsgeschwindigkeit enthalten!
Bei gleicher Stoßauswirkung auf die Luft ist die Stoßkraft um so
höher, je kürzer die Zeit für den Stoß ist. Dieser Zusammenhang
erklärt, warum sich der mit Stoß bildende Druck so entschieden
größer ist als der sich nur durch Staudruck ergebende! Den Stoß und
die daraus resultierenden Drücke explizit zu berechnen, dürfte, da
Neuland, noch einige Zeit in Anspruch nehmen. Es ist auch keine
Aufgabe der Basis-Physik mehr, die hier nur dargestellt sein soll.
Physik sagt wo es lang geht, nicht, wieviel es ist. Das ist
nachfolgende Aufgabe der Mathematik.
Die Zeit des Flügel`stoßes´ auf die Luft aus dem Beispiel beträgt für
150 m/s (540 km/h) Fluggeschwindigkeit und 5,5 m Flügeltiefe 37
Millisekunden!
Die Strecke, die die Luft dabei nach unten gestoßen wird, ist 5,5 m *
sin 6° = 0,575 m.
Das bedeutet für die Luft, daß sie sich nicht augenblicklich bis in
die Entfernungen in Bewegung setzt, die letztendlich daraus
resultieren, sondern: die Luft wird durch ihre Kompressibilität
im Weitergeben des Stoßes nahe der Fläche zusammengedrückt wie
eine Feder oder wie der Tennisball beim Schlag mit jeweils enormer
Erhöhung des Druckes gegen die Fläche.
Hinzu kommt, daß die Weitergabe der Anstoßbewegung auf die Luft nur
mit Schallgeschwindigkeit erfolgen kann. In 37 Millisekunden kann das
nur bis zur Entfernung von ca. 12 m erfolgen. Bei voller
Geschwindigkeit von 850 km/h sind es nur noch ca. 7 m! Der
tatsächliche stationäre Luftfluß bildet sich anschließend aber bis
zur Entfernung in der Größe der Spannweite, hier also 60 m nach
unten wie von oben, aus. Die stationäre Luftbewegung bis in diese
Entfernungen bildet sich nach einer Zeit von etwa 200 Millisekunden aus
(60 m dividiert durch Schallgeschwindigkeit).
Für die bisherige allgemeine Annahme in der Aerodynamik, Luft bei
niederen Geschwindigkeiten als `inkompressibel´ zu betrachten, zeigt
der Stoßvorgang, daß das falsch ist. Wäre die Luft inkompressibel,
wäre der Auftrieb unverhältnismäßig größer: wie in Wasser. Aus diesem
Zusammenhang ergibt sich damit auch, daß Versuche am Tragflügel nicht
im inkompressiblen Wasser erfolgen können!
Das leider nicht sichtbare Stoß-Geschehen am Tragflügel macht das
Geheimnis des nun seit über 100 Jahren unerkannten Wesens der
Auftriebserzeugung aus. Trotz des doch so einfachen Grundprinzips.
Die abwärts Bewegung der Luft durch den angestellten Flügel nach dem
Prinzip der schiefen Ebene ist zwar Auslöser der Druckkräfte, nicht
jedoch der Vollender: das ist die `Verstärkung´ der Druckkraft
mittels elastischem Stoß über die Federwirkung der Luft.
Resümee:
Wird das Fliegen vom Grundprinzip her dargestellt, so ist seine
einfache Natur, seine Physik, eindeutig erkennbar.
Ohne diese Kenntnis jedoch präsentieren sich, eine geradezu
hinterhältige Laune der Natur, Folgeerscheinungen als scheinbare
Verursacher der Luftkräfte.
Aus dem Grundprinzip: geometrische Verdrängung von Luft und daraus
resultierendem Stau- und Stoß-Druck, entstehen Folgeströmungen. Die
wichtigste davon ist die, die von der Unterseite eines Tragflügels
nach vorn um die Flügelnase herum auf die Oberseite strömt. Besonders
in dieser entstehen nach den Bernoulli´schen Wechselwirkungen sowohl
positive wie negative Drücke. Diese überlagern sich mit den ursächlich
entstandenen Druck- wie Sogverteilungen in einer Weise,
daß der tatsächliche physikalische Hintergrund unsichtbar wird.
Da die nach Bernoulli entstehenden zusätzlichen Drücke
aber nur aus den Folgen der ursächlich mechanisch entstandenen Drücke
resultieren, können sie in der Summe keinerlei Auswirkung auf die
Gesamthöhe der Kräfte am Tragflügel haben! Ansonsten könnte sich ein
Baron von Münchhausen tatsächlich selbst am Schopf aus dem Sumpf
ziehen.
Luftkräfte entstehen nur rein mechanisch: actio = reactio!
Druck der Flügelfläche auf die Luft erzeugt Gegendruck der Luft
gegen die Flügelfläche.
Die Terminologie einer Strömung entlang des Flügelprofils entspricht
nicht dem realen Geschehen, sondern: diese `Strömung´ entsteht nur
durch die Benutzung des Koordinatensystems des Flügels und ist dadurch
eine fiktive Luftbewegung. Dem trägt schon das Sprachempfinden durch
den Begriff Fahrtwind als beabsichtigte Unterscheidung zu einer
tatsächlichen Strömung Rechnung.
Daß weltweit die Beobachtungen im Windkanal mit seiner darin
herrschenden visuellen Strömung als
Differenzbewegungsersatz dieses relativen Geschehens
zum vermeintlichen Glauben an eine reale Strömung führte, ist der
zweite große Irrglaube nach dem durch Kopernikus und Galilei
aufgedeckten ersten relativen Bewegungsgeschehen der Natur der für
relative Geschehnisse nicht geeigneten Denkstruktur der Menschheit.
Strömung aus Fahrtwind entsteht einzig durch die Beobachtung der Luft
nicht mit ihrem natürlichen Koordinatenssystem, sondern dem des
Flügels: das ist falsch!
Koordinatensysteme dürfen nicht nach Belieben verwendet werden,
sondern: die Findung des richtigen, des natürlichen Koordinatensystems
für ein Naturgeschehen ist höchstes physikalisches Können und
Voraussetzung für die richtige Erkennung der Natur.