Basiswissen

Dynamisch ist definiert als: durch Bewegung entstanden. Dynamischer Auftrieb entsteht damit nur, wenn sich etwas bewegt. Diese Bewegung kann in Luft oder einer Flüssigkeit stattfinden. Wichtig ist, dass sich etwas relativ zu einem Gas oder einer Flüssigkeit bewegt.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — 1902: die Gebrüder Wright experimentieren mit einem Flugzeug. Es wird nur durch den Wind über dynamischen Auftrieb in der Luft gehalten. Die Brüder maßen genau die erzielten Kräfte und experimentierten lange, bis ihr Fluggerät stabil in der Luft blieb. © Wright Brothers ☛

Flugzeuge

Flugzeuge, Hub- und Tragschrauben erzeugen ihren Auftrieb alleine durch die Strömungsgeschwindigkeit von Luft über starre oder rotierende Tragflächen. Ein Flugzeug benötigt eine Mindestgeschwindigkeit zum Fliegen. Die Physik des dynamischen Auftriebes ist dabei noch nicht vollständig verstanden. Mehr unter aerodynamischer Auftrieb ↗

Raumfahrzeuge

Raumschiffe, die beim Landen mit Flügeln aerodynamischen Auftrieb erzeugen können, lassen sich wie Flugzeuge auf Landebahnen landen. Ein Beispiel war die US-amerikanische Space Shuttle. Mehr unter Raumgleiter ↗

Wasserfahrzeuge

Schiffe, deren Rumpf vollständig im Wasser liegt, benötigen bei höheren Geschwindigkeiten eine sehr große Antriebsleistung zur Überwindung des Wasserwiderstandes. Dieser Mangel wird behoben, wenn unter der Wasseroberfläche Tragflügel installiert sind, die das Schiff bei hohen Geschwindigkeit durch dynamischen Auftrieb vollständig aus dem Wasser heben. Mehr dazu unter Tragflügelboot ↗

Tiere der Luft

Als der deutsche Luftfahrtpionier Otto Lilienthal (1848 bis 1896) die weltweit ersten brauchbaren Gleitflugzeuge konstruierte und erprobte, folgte er eng dem Beispiel der Vögel^[3]. Tatsächlich gelten für die Flügel von heutigen Flugzeugen ähnliche aerodynamische Verhältnisse wie bei den Flügeln der Vögel oder auch der Flugsaurier. Ganz anders aber sieht die Sache bei Insekten aus. In den 1930er Jahren veröffentlichte der französische Insektenforscher Antoine Magnan ein Buch, in dem er die Frage zuspitze, wie denn Insekten überhaupt fliegen können^[4]. Denn das Verhältnis von ihrer Körpergröße zur Fläche ihrer Flügel war viel zu groß, als dass es mit den damals bekannten Gesetzen des Auftriebs erklärt werden könnte. Erst 1996 fand man eine allgemein anerkannte Lösung^[5]: da die Insekten in derselben Luft fliegen wie Flugzeuge, sie aber selbst sehr viel kleiner sind, ist eine wichtige aerodynamische Größe, die Reynoldszahl, bei Insekten sehr viel kleiner als bei Flugzeugen. Damit hängt zusammen, dass Insekten beim Flug starke Wirbel, sozusagen Mini-Tornados erzeugen, die ihnen den Auftrieb verleihen^[6].

Wassertiere

Viele Fischarten können mit Hilfe einer Schwimmblase einen statischen Auftrieb erzeugen. Sie benötigen damit keine Geschwindigkeit, um ihre Höhe im Wasser zu halten. Diese Fähigkeit haben Haie zum Beispiel nicht. Um im Wasser ihre Höhe halten zu können, müssen sie ausreichend schnell schwimmen. Ihre Seitenflossen wirken dabei wie Flügel. Siehe auch Haie ↗

Fußnoten

[1] Ed Regis: Das Geheimnis des Fliegens. In: Spektrum der Wissenschaft, Mai 2020, Seite 52 ff. Siehe auch aerodynamischer Auftrieb ↗

[2] Dough McLean: Understanding Aerodynamics: Arguing from the Real Physics. Wiley (Herausgeber). ISBN: 978-1119967514. Siehe auch aerodynamischer Auftrieb ↗

[3] Otto Lilienthal fasst seine Erkenntnisse in einem 1889 erschienen Buch zusammen Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst ↗

[4] Antoine Magnan: Le Vol des Insectes, Editions Hermann, Paris 1934.

[5] Ellington, Charles P.; van den Berg, Coen; Willmott, Alexander P.; Thomas, Adrian L. R.: Leading-edge vortices in insect flight, in: Nature, Vol. 384, No. 6610, S. 626–630, 1996.

[6] Der dynamische Auftrieb von Insekten wird auch unter dem Stichwort "Hummel-Paradoxon" auf Wikipedia behandelt: https://de.wikipedia.org/wiki/Hummel-Paradoxon

[7] Dieter M. Krone: Krones kleines Handbuch der Papierfliegerei. ISBN: 9783788306984. 216 Seiten. Neckar-Vlg, 2007.