Wie ein Flugzeug fliegt

Wie kann ein Flugzeug fliegen? Verantwortlich dafür ist der sogenannte Auftrieb. Hierfür sind die Tragfläche und ein Luftstrom nötig. Dabei ist es egal, ob die Luft still steht und die Tragfläche sich bewegt, oder umgekehrt. Daher ist es auch möglich Tragflächen im Windkanal zu testen.

Eine Wölbung auf der Oberseite des Flügels bewirkt, dass der Auftrieb in verschiedenen Fluglagen gewährleistet wird. Die Luft an der Oberseite strömt schneller als an der Unterseite, oben entsteht ein Unterdruck und unten ein Überdruck: Diese Differenz hebt das Flugzeug an.

Je höher die Geschwindigkeit, desto größer der Druckunterschied – bis letztendlich die Auftriebskraft das Flugzeug schweben lässt. Bei langsamen Flugphasen (Landung) wird der Flügel durch das Ausfahren von Landeklappen vergrößert, wodurch der Auftrieb auch bei geringeren Fluggeschwindigkeiten gewährleistet wird.

Steuerung eines Flugzeugs

Die Steuerung eines Flugzeuges geschieht im wesentlichem mit dem Höhenruder, dem Querruder und dem Seitenruder:

• Bewegt der Pilot den Steuerknüppel nach hinten (zu sich hin), klappen die Höhenruder nach oben, was zur Folge hat, dass die Flugzeugspitze nach oben steigt.
• Mit dem Seitenruder wird die Drehung des Flugzeuges nach links oder rechts gesteuert. Bei Verkehrsflugzeugen wird das Seitenruder während des Reisefluges praktisch gar nicht genutzt. Um das Flugzeug dennoch eine saubere Kurve fliegen zu lassen, werden die sog. Spoiler auf der jeweils kurveninneren Seite in Abhängigkeit des Rudereinschlages ein Stück ausgefahren um die Strömung auf der Oberseite der Tragfläche soweit zu stören, dass die Fläche absinkt und die Rotation um die Hochachse unterstützt. Damit wird der Kurvenflug eingeleitet.
• Die Querruder, welche sich an der Außenseite der Tragfläche befinden, beeinflussen die Neigung des Flugzeuges. Wenn man das Steuerrad nach rechts dreht, um eine Rechtskurve zu fliegen, dann geht das linke Querruder nach unten und das rechte nach oben. Der Hintergrund dazu ist, dass auf der Tragflächenseite die steigen soll durch das Senken des Querruders eine aerodynamische Vergrößerung der Fläche erreicht wird. Dadurch wird der Auftrieb verbessert und die Tragfläche steigt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird durch das Heben des Querruders die Strömung soweit gestört, dass der Auftrieb vermindert wird und die Tragfläche sinkt ab.
• Weitere Steuerelemente sind Landeklappen (um den Auftrieb bei niedriger Geschwindigkeit zu erhöhen wird der Flügel vergrößert) und Bremsklappen. Bei den „Bremsklappen“ handelt es sich eigentlich um einen weitverbreiteten Übersetzungsfehler, der auch immer wieder zu Verwirrung führt. Die Spoiler dienen nur zu einem sehr geringen Teil zum bremsen, dazu sind sie im Verhältnis zur Gesamtmasse des Flugzeugs einfach zu klein. Die Hauptaufgabe der Spoiler besteht darin, den restlich Auftrieb der Tragflächen zu zerstören um das volle Gewicht des Fliegers baldmöglichst auf die Räder zu bringen um die hydraulischen Radbremsen wirken zu lassen.

Druckkabine

Der Luftdruck in der Reiseflughöhe von etwa 10.000 Meter ist zu dünn für einen Menschen. Deshalb besteht der gesamte Innenraum aus einer hermetisch geschlossenen Druckkabine. Zweck ist es den Luftdruck im Innenraum höher zu halten als außen. Der Luftdruck im Flugzeug wird gleichmäßig gehalten und es findet ein regelmäßiger Luftaustausch statt.

Allerdings entspricht der Luftdruck in der Kabine nicht dem auf der Erde, vielmehr wird nach dem Start der Luftdruck langsam abgesenkt. Der Luftdruck im inneren entspricht bei einer Reiseflughöhe von rund 10.000 Meter dem Druck auf einen 2.000 Meter hohen Berg. Die Absenkung des Kabinendruckes führt dazu dass der Flugzeugrumpf auch deutlich weniger Druckkräfte aushalten muss.

Lüftung und Klimaanlage an Bord

Zur dauernden Belüftung im Reiseflug wird zu einem Teil Außenluft (ca. -56°C) und zu einem anderen Teil Triebwerksluft (ca. 200°C) verwendet. Diese beiden Luftströme werden in den Klimaanlagen aufbereitet und in Mischkammern anteilig gemischt um die gewünschte Kabinentemperatur zu erreichen.

Bei der Triebwerksluft handelt es sich um Luft aus den Kompressorstufen. Die Temperatur von ca. 200°C wird hier nur durch Kompression der von vorne ins Triebwerk einströmenden Luft erreicht. In diesen Kompressorstufen findet noch keine Verbrennung statt, eine Vergiftungsgefahr besteht also nicht!

Das Absinken der Luftfeuchtigkeit ist technisch bedingt, weil der Luft in der Aufbereitung die Feuchtigkeit entzogen wird. Das in der Luft enthaltene Wasser wird, wie übrigens in Gebäuden auch, mit einem Wasserabscheider aus dem Luftstrom getrennt, um es nicht im Flugzeug zu verteilen. Kontinuierliches Wasser auf Metallflächen bedeutet immer Korrosion – und das will man weitgehend vermeiden. Auf der anderen Seite wird das Wasser dann zur Kühlung der Klimaanlagen genutzt.

Das hat zur Folge, dass die Luftfeuchtigkeit in der Kabine sinkt und nach einiger Zeit nur noch rund 10% beträgt. Das ist auch der Grund weshalb man, besonders bei längeren Flügen, viel Flüssigkeit zu sich nehmen soll.

Zur Belüftung am Boden, so lange die Triebwerke nicht laufen, steht eineHilfsturbine zur Verfügung, üblicherweise im Heck der Maschine. Diese Hilfsturbine liefert Strom und Druckluft u.a. zum Betreiben der Klimaanlagen und wird auch zum Starten der Triebwerke verwendet. Beim Anlassen der Triebwerke lässt die Belüftung aus den Luftschächten der Kabinendecke sehr nach. Sobald die Triebwerke laufen, werden die Klimaanlagen auf die Triebwerksluft umgeschaltet und volle Belüftung aus der Decke steht wieder zur Verfügung.

Autopilot

Der Autopilot ist eine automatische Flugzeugsteuerrung. Er wird vom Piloten ein- und ausgeschaltet. Vor Flugbeginn werden Flugstrecke und Flughöhe einprogrammiert. Nach Erreichen einer bestimmten Flughöhe wird dann der Autopilot eingeschaltet. Der Autopilot fliegt nun die programmierte Strecke ab. Der Pilot kann sich nun durch diese Entlastung besser um die Überwachung des Flugraumes und um das Flugzeug kümmern.

Bei der Landephase kann sich so der Pilot auch wieder voll auf seine Arbeit konzentrieren. Jederzeit kann der Autopilot ausgeschaltet werden um das Flugzeug manuell zu steuern. Der Autopilot empfängt laufend Signale der verschiedenen Sensoren und erteilt daraufhin die nötigen Steuerimpulse an die Steuerung. Er sorgt auch bei turbulentem Wetter für eine dauernde gleichmäßige Justierung des gesamten Flugzeuges.

Höhe/Geschwindigkeit

Die Flughöhe im Reiseflug beträgt rund 10.000 Meter. Bei kürzeren Flügen wird diese Reiseflughöhe allenfalls nur kurz erreicht. Die Fluggeschwindigkeit bei einem Langstreckenflug beträgt rund 900 km/h. Allerdings gilt es in der Luftfahrt zwischen den verschiedenen Arten der Geschwindigkeit unterscheiden.