Gerade bei größeren Flugzeugen stellt sich automatisch irgendwann die Frage: Wie fliegt sowas Schweres eigentlich?
Die Antwort ist zuerst einfach, die Erklärungen dazu aber nicht ganz so. Einiges ist sogar immer noch unerforscht.
Also zuerst das Einfache: Flugzeuge fliegen dank Auftrieb
Eine flache Hand reagiert auf kleinste Änderungen im Winkel gegenüber der Fahrtrichtung und wird sofort – stark – in diese Richtung abgelenkt.
Dieser Effekt bezeichnet nicht den Auftrieb an Tragflächen, aber er zeigt deutlich, welche Kräfte auf angeströmte Flächen einwirken.
Flugzeuge gehen hier einen Schritt weiter. Ihre Tragflächen sind nach oben hin gewölbt, d.h. der Weg, den die Luft bei Anströmung von vorne zurück legen muss ist
oben durch die Herauswölbung länger als unter der Tragfläche, wo die Wölbung nach innen erfolgt.
Die Form der Tragflächen ist dabei ähnlich einem Tropfen, der der Länge nach in zwei Teile zerschnitten wurde. Ältere Tragflächen, oder Tragflächen, die nicht auf maximale Leistung, sondern auf Gutmütigkeit und Langsamflugeigenschaften optimiert sind, besitzen diese Tropfenform in einem größeren Ausmaß als modernere Hochleistungstragflächen.
Man spricht hier – und das hat keinen Bezug auf die Sicherheit des verwendeten Profils, sondern ist ein physikalischer Begriff aus der Strömungstechnik – von „kritischen“ Hochleistungsprofilen mit geringer Wölbung und „konventionellen“ Profilen mit größerer Wölbung.
Liegt die Tragfläche nun „flach“, also mit wenig sichtbarer Silhouette, im Luftstrom, kann die Luft von vorne ohne großen Widerstand und ohne größere Mühe über die Unter- und Oberseite der Wölbungen „fließen“.
Der entstehende Unterdruck durch die Wölbung auf der Oberseite erzeugt nun an dieser Stelle einen Sog, der die Tragfläche praktisch nach oben zieht. Der auf der Unterseite entstehende Überdruck trägt ebenso zum Auftrieb bei, allerdings in einem viel geringeren Ausmaß als der Effekt auf der Oberseite das tut.
Man kann also sagen: Tragflächen „tragen“ ein Flugzeug nicht, sie „heben“ es, da die Kräfte auf der Oberseite viel relevanter sind als auf der Unterseite.
Die vielen unterschiedlichen Tragflächenformen, vom langen und schmalen „Flügel“ eines Segelflugzeugs bis zu den Tragflächen eines dreiecksförmigen „Deltaflüglers“ entstehen über die verschiedenen Anforderungen an die Eigenschaften der Tragflächen.
Auch arbeitet man derzeit an Tragflächen, die entweder passiv, d.h. aufgrund ihrer Struktur und verwendeter Materialien, oder aktiv, d.h. mit Stellmotoren, ihre Form verändern. Das wird bisher schon mit Hilfe verschiedener Klappensysteme, vor allem für Start und Landung, technisch gelöst. Die Tragflächen der nächsten Generation werden aber insgesamt ihre Form ändern, nicht nur durch die Verstellung eines Teils, das vorne oder hinten angebracht wird.
Auch ist zu der Frage, wie optimaler Auftrieb erzeugt werden kann und zu einigen Fragen der Strömungsdynamik, besonders im „unteren“ Teil noch nicht das letzte Wort gesprochen. Ein sehr spannendes Forschungsgebiet.