Luftauftrieb

Luftauftrieb ist die dem Aufstieg dientende Kraft, die auf einen Körper wirkt, der sich durch die Luft bewegt oder die Luft an einer Flügeloberfläche vorbeiströmen lässt. Im Flug dient der Auftrieb dazu, das Gewicht des Flugobjekts zu kompensieren, sodass stabiler oder steigender Flug möglich wird.

Entstehung: Der Auftrieb entsteht vor allem durch Druckunterschiede, die durch die Geometrie der Tragfläche und den Anstellwinkel verursacht werden. Luft strömt schneller über die Oberseite der Fläche als darunter; dadurch sinkt dort der Druck, während unter der Fläche ein höherer Druck herrscht und eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt wird. Zusätzlich tragen die Umströmung der Flügelkanten und die damit verbundenen Wirbel zu einem weiteren Anteil des Auftriebs bei. Das Phänomen lässt sich durch das Zusammenspiel von Bernoulli-Prinzip und Newtons drittem Gesetz erklären, der jeweilige Anteil hängt von Profil, Geschwindigkeit, Luftdichte und Reynoldszahl ab.

Formel und Größenordnung: Die Größe des Auftriebs lässt sich häufig mit L = 0,5 · ρ · v^2 · S · Cl beschreiben, wobei ρ die Luftdichte, v die Relative Geschwindigkeit, S die Flügelfläche und Cl der Auftriebskoeffizient ist. Cl hängt vom Anstellwinkel, der Profilform und der Reynoldszahl ab; er steigt zunächst mit dem Anstellwinkel, bis ab einem bestimmten Punkt der Auftrieb abreißt oder durch Turbulenzen eingeschränkt wird.

Einflüsse: Luftauftrieb variiert mit Luftdichte, Geschwindigkeit, Fläche und Flügelgeometrie. Mit zunehmender Höhe sinkt die Luftdichte, wodurch der Auftrieb sinkt, auch wenn sich die Geschwindigkeit erhöhen kann. Bei hohen Geschwindigkeiten beeinflussen zusätzlich der Mach-Effekt und kompressible Phänomene den Auftrieb.

Anwendungen: Luftauftrieb ist grundlegend für Flugzeuge mit festen Tragflächen, Segelflugzeuge, Hubschrauberrotoren und flugfähige Tiere. In jedem Fall muss der Auftrieb im Gleichgewicht mit der Gewichtskraft stehen, um stabilen Flug zu ermöglichen.