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Wie funktioniert ein FlugzeugUmfragen haben ergeben, dass sich gerade einmal rund 40 Prozent aller Passagiere an Bord eines Flugzeugs wirklich wohlfühlen. 60 Prozent hingegen verspüren ein leichtes Unbehagen, Nervosität, Angst oder sogar Panik. Flugangst, wenn auch in verschiedenen Ausprägungen, ist also deutlich weiter verbreitet, als vielleicht gedacht. Oder anders ausgedrückt: Sie sind mit Ihrer Flugangst keineswegs alleine!

Flugangst kann viele verschiedene Ursachen haben. Ein unangenehmes Erlebnis während eines Fluges, Medienberichte über Flugzeugkatastrophen, Platzangst oder der Kontrollverlust sind ein paar Beispiele. Und ebenso vielfältig wie die Ursachen sind auch die Möglichkeiten, der eigenen Flugangst zu begegnen. Ein wichtiger Punkt in diesem Zusammenhang ist die Flugzeugtechnik. Denn wenn der Passagier weiß, warum ein Flugzeug fliegt und dass es nicht einfach so vom Himmel fällt, wird er sehr viel entspannter sein. Doch wie kann es sein, dass ein riesiges und tonnenschweres Flugzeug abhebt und fliegt? Genau um diese Frage soll es nun gehen.

Wie funktioniert ein Flugzeug?

Das entscheidende Stichwort im Zusammenhang mit dem Fliegen lautet: Auftrieb. Das Prinzip dahinter ist aber keine neue Entdeckung. Der Schweizer Physiker Daniel Bernoulli beschrieb den Effekt bereits im Jahre 1738. Bernoulli bezog sich zwar in erster Linie auf die Strömung in Flüssigkeiten. In der Luft verhalten sich Strömungen aber fast genauso. Jedenfalls erläuterte Bernoulli das Prinzip des Auftriebs. Demnach üben strömende Flüssigkeiten und Gase einen geringeren Druck auf die Umgebung aus als ruhende. Und je höher die Strömungsgeschwindigkeit ist, desto kleiner ist der Druck.

Übertragen auf ein Flugzeug heißt das: Die Oberseite eines Flugzeugflügels ist gewölbt. Diese Wölbung zwingt die Luft dazu, eine Art kleinen Umweg zu machen. Deshalb bewegt sich die Luft hier schneller als an der geraden Unterseite des Flugzeugflügels. Die höhere Strömungsgeschwindigkeit der Luft wiederum führt dazu, dass der Luftdruck über den Tragflächen geringer ist als unter den Tragflächen. Und dieser geringere Druck saugt das Flugzeug gewissermaßen nach oben. Ein Flugzeug liegt also nicht auf der Luft unter ihm auf, sondern hängt an der Luft über ihm.

Zu kompliziert? Hier das Prinzip des Auftriebs noch mal ausführlicher!

Damit ein Flugzeug abheben und aufsteigen kann, muss der Auftrieb größer sein als die Gewichtskraft des Fliegers. Denn die Kraft, die das Flugzeug nach oben bewegt, muss größer sein als die Kraft, die durch das Gewicht des Fliegers entsteht. Wenn ein Flugzeug startet, über die Startbahn saust, abhebt und anschließend fliegt, passieren drei Dinge:

1. Der Flugzeugflügel bewegt sich immer schneller durch die Luft. Ein Teil der Luft strömt dabei oberhalb und der andere Teil unterhalb des Flügels entlang. Die Luft umströmt den Flügel also, wobei der Flügel in der Mitte den Luftstrom aufteilt. Und weil ein Flugzeugflügel auf seiner Oberseite immer leicht gewölbt ist, strömt die Luft hier schneller. Durch die schnellere Strömung reduziert sich der Druck. In der Folge entsteht ein Unterdruck und somit ein Sog nach oben. Im Unterschied dazu ist der Flugzeugflügel auf seiner Unterseite weitgehend flach geformt. Deshalb strömt die Luft hier langsamer. Ein langsamerer Luftstrom wiederum führt zu einem höheren Druck. Daher entsteht unter dem Flugzeugflügel ein Überdruck.

2. Der Flugzeugflügel steht leicht schräg in der Luftströmung. Deshalb werden die Luftteilchen nach unten abgelenkt und der Flügel gleichzeitig nach oben geschoben. Die Teilchen aus Luft treffen also auf den Flügel auf, werden nach unten umgelenkt und drücken den Flügel dadurch nach oben.

3. Dass der Luftstrom auf der gewölbten Oberseite der Tragfläche schneller ist als auf der geraden Unterseite, begründet sich durch einen weiteren Effekt. Beim Start entsteht an der Hinterkante des Flügels ein Wirbel. Dieser Wirbel ist der sogenannte Anfahrwirbel. Und durch den Anfahrwirbel wird der Flügel mit Luft umströmt. Dadurch entsteht der Auftrieb. Nun löst aber jeder Wirbel einen zweiten Wirbel in entgegengesetzter Richtung aus. Dieser zweite Wirbel verursacht eine Strömung in die andere Richtung. Dadurch strömt die Luft unter dem Flügel nach vorne und über dem Flügel nach hinten. Durch die schnelle Geschwindigkeit, mit der das Flugzeug fliegt, fließen zwar tatsächlich alle Luftteilchen nach hinten. Aber durch den zweiten Wirbel wird die Strömung unter dem Flügel verlangsamt und über dem Flügel beschleunigt. Und zusammen mit dem Anfahrtswirbel entsteht dann im Endergebnis der Auftrieb, der das Flugzeug fliegen lässt.

 

Ein kleines Experiment zur Veranschaulichung

Wem die Sache mit dem Auftrieb zu theoretisch ist, der kann den Effekt mit einem einfachen Versuch selbst nachvollziehen. Alles, was dafür benötigt wird, ist ein Streifen Papier. Dieser Papierstreifen sollte vier, fünf Zentimeter breit und ungefähr doppelt so lang sein. Wird der Papierstreifen an einer schmalen Kante festgehalten, hängt er in einem Bogen herunter. Wird der Papierstreifen aber an der hinteren schmalen Kante gegriffen, während die andere schmale Kante vor den Mund gehalten wird, reicht ein kräftiges Pusten aus – und der Papierstreifen richtet sich gerade aus. Denn die Atemluft strömt schnell über das Papier. Dadurch entsteht ein Unterdruck, der den Papierstreifen nach oben zieht. Genauso ist es auch beim Flugzeug. Im echten Leben kommt zwar noch die Luft dazu, die unter dem Flugzeugflügel entlang strömt. Aber der kleine Versuch verdeutlicht gut, wie das mit dem Luftstrom und dem Unterdruck funktioniert.

Das Flugzeug und die Physik…

Ein Flugzeug ist prinzipiell vier physikalischen Kräften ausgesetzt. So wird es durch die Schwerkraft nach unten gezogen, während der Auftrieb das Flugzeug nach oben drückt und in der Luft hält. Durch den Vortrieb bewegt sich der Flieger vorwärts, durch den Widerstand wird er gebremst.

Das Flugzeug und die Physik

Damit das Flugzeug abheben kann, muss der Auftrieb größer sein als die Schwerkraft. Anders als bei einem Heißluftballon, der leichter ist als die Luft und deshalb einfach schwebt, müssen die Flügel des Flugzeugs deshalb schnell genug mit Luft umströmt werden. Denn erst durch die schnelle Luftströmung entsteht der Auftrieb, durch den das Flugzeug die Schwerkraft überwindet. Und damit die Luftströmung in Gang kommt, ist der sogenannte Vortrieb notwendig. Diesen Vortrieb oder auch Schub liefern die Triebwerke oder Propeller.

Ein Flugzeug muss sich leicht verformen!

Durch das Eigengewicht und die einwirkenden Kräfte verformt sich die Flugzeugstruktur. Der Passagier kann das beispielsweise beim Start beobachten, wenn sich die Spitze des Flügels deutlich hebt und senkt. Klar, dass die Stabilität deshalb eine wichtige Rolle beim Flugzeugbau spielt. Aber dass ein Flugzeug stabil sein muss, heißt nicht, dass es starr sein darf. Ganz im Gegenteil: Wären die Flugzeugstrukturen starr, würden beispielsweise die Flügel abbrechen, wenn das Flugzeug auf der Landebahn aufsetzt. Stattdessen müssen die Flügel die Kräfte abfangen, indem sie ein wenig auf- und abschwingen. In gewissem Ausmaß müssen die Flugzeugstrukturen also in der Lage sein, sich elastisch zu verformen.

Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt beim Bau von Flugzeugen ist die Aerodynamik. Sie beschäftigt sich damit, wie sich Flugzeuge in der Luft verhalten. Vor allem die Luftströmung spielt dabei eine zentrale Rolle. Denn das Flugzeug muss auch dann sicher weiterfliegen, wenn die Luftströmung durch Einflüsse wie beispielsweise Luftlöcher, Unwetter oder andere Geschwindigkeiten verändert wird.

Keine Angst: Geräusche sind normal!

Bei der Konstruktion und Entwicklung von Flugzeugen müssen also jede Menge Aspekte berücksichtigt werden. Doch Sorgen machen muss sich der Passagier nicht. Denn Flugzeuge werden zunächst am Computer konstruiert. Dabei werden bei einer sogenannten numerischen Simulation die verschiedenen Flugeigenschaften berechnet. Anschließend werden auf Basis der Computerkonstruktion Flugzeugmodelle gebaut und ausgiebig in Windkanälen getestet. Danach finden Testflüge statt. Und erst wenn die Ingenieure mit den Ergebnissen zufrieden sind, beginnt der eigentliche Flugzeugbau. Bis das erste Mal Passagiere mit einem Flugzeug fliegen, ist es ein sehr, sehr langer Weg. Und die Flugzeuge werden ständig geprüft und gewartet. Wenn der Passagier an Bord Geräusche hört, muss er also keine Angst haben. Ganz im Gegenteil: Die Geräusche sind ein Zeichen dafür, dass die Technik bestens funktioniert.
Kurzzusammenfassung: