Um den Magnus-Effekt zu erklären, habe ich einen Vergleich zum Auftrieb beim Flugzeug gezogen. Leider war dieser Vergleich nicht ganz richtig; aber es war ehrlich auch echt nicht einfach eine gute Erklärung zu finden wie es denn nun wirklich funktioniert. Manche Kommentare liefen sogar wie “Das kann man nicht verstehen das sieht man nur in der Simulation wenn man die Navier-Stokes-Gleichung löst.” Ok, aber schließlich habe ich – dank Links von Ludmila und Florian, die mir unabhängig dieses Paper verlinkt haben – einen ganz guten Hinweis gefunden. Hier sind also erst zwei (teilweise) falsche Erklärungen und dann der Ansatz der hoffentlich richtigen:
Bisschen falsch
Meine Erklärung war dass die Luftmoleküle oben über den Flügel einen weiteren Weg zurücklegen müssen und deswegen dort der Druck niedriger ist. Richtig daran ist (und das war Gottseidank die Hauptaussage für den Vergleich mit dem Magnus-Effekt) dass der Druck oben am Flügel tatsächlich niedriger ist und daher der Auftrieb kommt. Falsch ist, dass der Grund dafür der längere Weg der Luft ist. Vor allem falsch ist die implizite Annahme, dass Luftmoleküle die sich vorne am Flügel trennen hinten wieder zusammenlaufen müssen. Im Gegenteil, die obenrüber kommen sogar früher an, wie z.B. diese Simulation zeigt. Dass diese Begründung falsch ist, kann man auch daran sehen, dass ein Brett, das keinen längeren Weg oben hat auch eine Tragfläche sein könnte. Oder noch besser – dass ein Kunstflieger auf dem Kopf fliegen kann.
Sehr falsch
Es gibt auch eine Erklärung, dass die Tragfläche Luft nach unten reflektiert, und dass die Gegenkraft zur Ablenkung das Flugzeug nach oben drückt. Das ist leider ziemlich falsch, da es völlig außer Acht lässt was oberhalb der Tragfläche passiert. Aber ein Körnchen Wahrheit ist drin, denn mit Wirkung und Gegenwirkung hat es tatsächlich zu tun.
Ja wie denn nun?
Das wichtigste Element zur Erklärung des Fluges ist die Reibung, die den Unterschied zwischen einem realen und einem idealen Fluid darstellt. Und hier ist eine schöne Zeichnung, die den Unterschied der Strömung zwischen realer und idealer Flüssigkeit darstellt (Luft wird für diesen Fall wie eine Flüssigkeit behandelt).
Hier ist was passiert: Das entscheidende Teil ist die hintere Kante der Tragfläche. Beim Beschleunigen des Flugzeugs wird hier Luft ankommen und wieder nach oben strömen. Die Luft näher an der Tragfläche wird aber eine höhere Reibung erfahren, die weiter entfernt strömende Luft wird die Drehung schneller durchführen und die innere Luft quasi überholen – es bildet sich ein Wirbel aus, der sogenannte Anfahrwirbel. Jetzt muss aber der Impuls erhalten bleiben, in diesem Fall der Drehimpuls – als Reaktion bildet sich ein Gegenwirbel aus, der um die Tragfläche liegt. Letztendlich ist es jetzt die gleiche Erklärung wie beim Magnus-Effekt: die zusätzliche Bewegung durch diese Zirkulationsströmung ist gleichläufig wie die generelle Bewegungsrichtung der Luftmoleküle an der Tragfläche vorbei. Daher wird hier die Geschwindigkeit der Luft höher sein als im Vergleich zu unten, und somit der Druck unten höher und das Flugzeug nach oben gedrückt.
Entscheidend dafür, ob ein Flugzeug fliegt ist also, ob die Tragfläche so eingestellt ist, dass die Luft an ihrer Hinterkante einen solchen Wirbel erzeugt. Die Seite der Lufthansa dazu ist auch lesenswert. Man erfährt auch, dass der Anfahrtswirbel noch eine Zeit lang auf der Startbahn steht und das nächste Flugzeug daher nicht sofort starten kann.
Kommentare (34)