Ein streifzug durch die aerodynamik
Jochen Werner
Klasse 8
Thema:
Ein Streifzug
durch die
Aerodynamik
Hambrücken November 2002
Inhaltsverzeichnis
Was ist Aerodynamik?
Warum Papierflieger fliegen
2.1 Gewicht und Auftrieb
Luftwiderstand und Schubkraft
Warum Papierflieger abstürzen
Die Geschichte des Weltrekord-Papierfliegers
Was ist Aerodynamik?
Aerodynamik ist ein Teilgebiet der Strömungslehre. Die Strömungslehre ist die Wissenschaft von den Kräften denen in einem Gas, speziell Luft bewegte Flugkörper und Körper ausgesetzt sind.
Warum Papierflieger fliegen
Es ist nicht leicht zu erklären warum ein Papierflieger in der Luft bleibt. Als erstes kann man sagen, dass für ein Papierflugzeug die gleichen Grundregeln gelten wie für ein richtiges. Gewicht, Auftrieb, Luftwiderstand und Schubkraft, spielen bei beiden eine grundlegende Rolle.
Man kann es sich etwa so vorstellen: zwei Mannschaften beim Tauziehen um ein Flugzeug das in der Mitte an dem Seil befestigt ist.
2.1 Gewicht und Auftrieb
Die erste Mannschaft besteht aus Gewicht und Auftrieb. Sie veranstaltet ein vertikales Tauziehen. Da die Schwerkraft ständig versucht, das Flugzeug wieder auf den Boden zu bringen, zieht das Gewicht also am unteren ende des Taus. Durch den Auftrieb erfährt das Flugzeug einen Sog nach oben.
Während des Fluges sind die Flugzeugflügel schräg gestellt,
d. h. der vordere Teil der Flügel liegt höher als der hintere. Somit geht der Luftstrom über die Oberseite der Tragflächen hinweg und wird leicht beschleunigt. Der Luftstrom unterhalb der Tragfläche wird durch den Schub, der an der Unterseite entsteht, verlangsamt. Durch dieses Zusammenspiel von Beschleunigung und Verlangsamung des Luftstroms entsteht der Auftrieb.
Wie der Schweizer Wissenschaftler Daniel Bernoulli im 18. Jahrhundert herausfand, senkt sich bei Luft die beschleunigt wird, der Druck ab, wird sie jedoch verlangsamt, steigt der Luftdruck an. Aus diesem Grund entsteht durch die Luft, die über die Oberseite der Tragfläche streicht, ein leichter Sog, der auf die Flügel einen Druck nach oben ausübt. Gleichzeitig entsteht durch die Luft unterhalb der Tragfläche ein zusätzlicher Druck, der die Flügel ebenfalls nach oben drückt. Der Auftrieb ist also eine Kombination dieser beiden Kräfte. Während des Fluges gleichen sich Auftrieb und Schwerkraft aus.
Wird der Auftrieb stärker, steigt das Flugzeug auf, erhöht sich die Schwerkraft, sinkt es ab.
2.2 Luftwiederstand und Schubkraft
Während Auftrieb und Schwerkraft das Flugzeug nach oben oder unten ziehen, ziehen Schubkraft und Luftwiderstand es nach vorne bzw. nach hinten. Wenden wir uns zunächst dem Luftwiderstand zu. Läßt man ein Papierflugzeug durch einen Raum fliegen, wirkt eine Kraft auf das Flugzeug ein, die es immer langsamer werden läßt.
Sie entsteht hauptsächlich durch den Luftwiderstand. So dünn und unstofflich Luft auch sein mag, sie hat doch Masse und lässt sich in mancher Hinsicht mit dünnflüssigem Sirup vergleichen. Aufgrund dieser Konsistenz haftet die Luft auch während des Fluges am Flugzeug und setzt der Bewegung einen Widerstand entgegen. Auch der Auftrieb erzeugt Luftwiderstand: Er übt auf das Flugzeug keinen direkten Druck nach oben aus, sondern der Druck erfolgt nach oben und leicht nach hinten, wobei der Druck nach hinten den Luftwiderstand erhöht. Die Schubkraft befindet sich am anderen Ende unseres imaginären Seiles und übt auf das Flugzeug einen Druck nach vorne aus. Bei richtigen Flugzeugen entsteht die Schubkraft durch Propeller oder ein Düsentriebwerk.
Papierflugzeuge erhalten die Schubkraft aus dem Arm des Werfenden und dann aus der Schwerkraft. Durch den Wurf erhält das Flugzeug seine Anfangsgeschwindigkeit; danach gleitet es langsam nach unten, wobei es sich von der Schwerkraft praktisch ziehen läßt (wie ein Fahrrad, das im Leerlauf einen Berg hinunter rollt). Wirft man ein Papierflugzeug von einem Gebäude oder Berg hinunter, fliegt es in einem Winkel abwärts, bei welchem Schwerkraft und Luftwiderstand sich ausgleichen, so daß das Flugzeug nicht abgebremst wird. Der normale Luftwiderstand eines Papierfliegers beträgt etwa ein Fünftel seines Gewichtes. Voraussetzung dafür, daß die Schwerkraft dem Luftwiderstand genügend entgegen wirken kann, ist, daß der Flieger in einem Winkel von ungefähr 11° abwärts fliegt.
Warum Papierflieger abstürzen
Neben den Kräften, die den Flug beeinflussen können, ist es auch ganz hilfreich, einige der Eigenschaften zu kennen, die alle guten Flugzeuge aufweisen.
Die wichtigste Eigenschaft ist die Stabilität. Durch sie ist das Flugzeug in der Lage, einen schlechten Wurf oder einen starken Windstoß auszugleichen. Ein instabiles Flugzeug wird außer Kontrolle geraten oder im Spiralflug abstürzen. Es gibt drei grundlegende Typen von Stabilität: Neigungsstabilität, Kursstabilität und Absturzstabilität. Die Neigungsstabilität sorgt dafür, daß sich der Bug des Flugzeuges nicht zu weit nach oben oder unten richtet. Durch die Kursstabilität wird ein Ausbrechen des Bugs nach links oder rechts verhindert.
Die Absturtsstabilität ist dafür verantwortlich, daß das Flugzeug nicht ins Trudeln gerät oder sich um seinen eigenen Rumpf dreht.
Die Geschichte des Weltrekord-Papierfliegers
1975 Der längste Flug eines Papierfliegers dauert 15 Sekunden. Dieser Rekord Wurde von William Pryor aufgestellt.
1983 Der längste Flug eines Papierfliegers dauert 16,89 Sekunden. Dieser Rekord Wurde am 29. November von Ken Blackburn aufgestellt.
Am 28 Juli 17,02 Sekunden. (Ken Blackburn)
1994 Am 17 Februar 18,80 Sekunden. (Ken Blackburn)
Quellenverzeichnis
1 Buch von Ken Blackburn u.a.
Titel: Weltrekorde zum Nachbauen Papierflugzeuge
2 Internet: https: //w.w.
w iicm. edu / ref. m10. A. 11/0x811bc834_0x0002abff.de
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