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Auftrieb erfordert Leistung
Wenn eine Flugzeug vorbei fliegt, setzt sich die zuvor ruhige Luft mit einer abwärts gerichteten Geschwindigkeit in Bewegung. Das sich entfernende Flugzeug lässt also Luft in Bewegung zurück. Der Luft wurde Energie übergeben. Leistung ist Energie oder Arbeit pro Zeit. Daher muss Auftrieb Energie erfordern. Diese Energie wird durch das Triebwerk des Flugzeuges (oder durch Schwerkraft und Thermik für ein Segelflugzeug) geliefert.
Wieviel Energie benötigen wir, um zu fliegen? Die Energie, die für Auftrieb benötigt wird, entspricht der Arbeit (Energie) pro Zeiteinheit und ist also proportional zur Menge der Luft, die nach unten umgeleitet wird, multipliziert mit dem Quadrat der Geschwindigkeit der umgeleiteten Luft. Wir haben bereits festgestellt, dass der Auftrieb eines Flügels zur Menge der nach unten umgeleiteten Luft multipliziert mit der abwärts Geschwindigkeit dieser Luft proportional ist. Daher ist die Energie, die benötigt wird, um das Luftfahrzeug zu heben, zur Last (oder zum Gewicht) multipliziert mit der vertikalen Geschwindigkeit der Luft proportional. Wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs verdoppelt wird, verdoppelt sich die Menge der nach unten umgeleiteten Luft. Daher muss der Anstellwinkel verringert werden, um eine vertikale Geschwindigkeit zu erzielen, die der Hälfte der ursprünglichen entspricht, um den gleichen Auftrieb zu erzeugen. Die Energie, die für Auftrieb erforderlich ist, wurde halbiert. Das zeigt, dass die Energie, die für Auftrieb erforderlich ist, kleiner wird, während die Geschwindigkeit des Flugzeuges sich erhöht. Tatsächlich haben wir damit gezeigt, dass diese Energie zur Erzeugung von Auftrieb umgekehrt proportional ist zur Geschwindigkeit des Flugzeugs.
Aber wir wissen alle, dass wir, um schneller zu werden (im Horizontalflug) mehr Energie einsetzen müssen. Daher benötigt man mehr Energie als für Auftrieb erforderlich wäre. Die Energie, die mit Auftrieb zusammenhängt, wie weiter oben beschrieben, wird häufig die 'induzierte Energie' genannt. Energie wird aber auch benötigt, um das zu überwinden, was 'parasitischer' Widerstand genannt wird, nämlich der Widerstand, der mit der Bewegung der Räder, der Verstrebungen, der Antenne usw. durch die Luft verbunden ist. Die Energie, die das Flugzeug auf ein Luftmolekül beim Auftreffen ausübt, ist zum Quadrat der Geschwindigkeit proportional. Die Zahl der Moleküle, die pro Zeit getroffen werden, ist zur Geschwindigkeit proportional. Daher erhöht sich die parasitische Energie, die zur Überwindung des parasitischen Widerstands erforderlich ist, mit der dritten Dimension der Geschwindigkeit.
Abbildung 11 zeigt die Energiekurven für induzierte Energie, parasitische Energie und Gesamtenergie, welche die Summe der induzierten und der parasitischen Energie ist. Wieder verhält sich die induzierte Energie entsprechend der Geschwindigkeit und die parasitsche Energie entsprechend der dritten Dimension der Geschwindigkeit. Bei niedriger Geschwindigkeit wird der Leistungsbedarf des Fluges durch die induzierte Energie beherrscht. Je langsamer man fliegt, desto weniger Luft wird umgelenkt und folglich muss der Anstellwinkel erhöht werden, um Auftrieb beizubehalten. Piloten praktizieren den Flug auf der 'Rückseite der Energiekurve', da ihnen bekannt ist, dass der Anstellwinkel und die Energie, die erforderlich sind, um bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten in der Luft zu bleiben, beträchtlich sind.
Im Horizontalflug wird der Leistungsbedarf durch parasitische Energie dominiert. Da diese sich mit der dritten Dimension der Geschwindigkeit verändert, ergibt eine Zunahme des Antriebs eine höhere Steigrate, aber trägt wenig dazu bei, die Geschwindigkeit des Flugzeugs im Horizontalflug zu erhöhen.
Da wir jetzt wissen, wie der Leistungsbedarf sich mit der Geschwindigkeit ändert, können wir den Widerstand verstehen, der eine Kraft ist. Widerstand ist einfach Energie, geteilt durch Geschwindigkeit. Abbildung 12 zeigt den induzierten, parasitischen und Gesamtwiderstand als Funktion der Geschwindigkeit. Hier verändert sich der induzierte Widerstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, und der parasitische Widerstand verändert sich ebenfalls mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Bei einem Blick auf diesen Kurven man kann einige Dinge darüber ableiten, wie Flugzeuge entworfen werden. Langsamere Flugzeuge, wie Segelflugzeuge, werden entworfen, um induzierten Widerstand (oder induzierte Energie) herabzusetzen, die bei niedrigeren Geschwindigkeiten vorherrschen. Schnellere Flugzeuge sind dagegen mehr von parasitischem Widerstand (oder parasitischer Energie) betroffen.
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