Das Geheimnis des Fliegens

Die Computersimulation zeigt, wie die Luft über die Oberseite der Tragfläche strömt. Bild: DLR
Die Computersimulation zeigt, wie die Luft über die Oberseite der Tragfläche strömt. Bild: DLR

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Warum fliegen Flugzeuge überhaupt? Sie sind doch viel schwerer als Luft. Das Zauberwort heißt hier „Auftrieb“ – und ein schlauer Mann namens Daniel Bernoulli entdeckte dieses Prinzip schon vor langer Zeit: Im Jahr 1738 erschien sein Buch mit dem Titel „Hydrodynamica“. Darin geht es um die Strömungsforschung – wenn auch vor allem um die Strömung in Flüssigkeiten. Aber das ist egal, denn Strömungen in der Luft verhalten sich ähnlich. Jedenfalls beschrieb Bernoulli damals zum ersten Mal das Prinzip des Auftriebs, das das Fliegen überhaupt erst möglich macht. Heute spricht man vom Bernoulli-Effekt – und das bedeutet: Luft bewegt sich über eine gekrümmte Oberfläche schneller als an der geraden Unterseite. Oben macht sie gewissermaßen einen kleinen Umweg. Dadurch aber ist der Luftdruck über den Flugzeug-Tragflächen, die alle so geformt sind, geringer als darunter – und dieser geringere Luftdruck „saugt“ gewissermaßen den Flügel und damit das Flugzeug nach oben.

Das Prinzip des Auftriebs kannst du mit einem ganz einfachen Mini-Experiment selbst ausprobieren. Du brauchst dazu nur einen etwa fünf Zentimeter breiten und ungefähr doppelt so langen Papierstreifen – und etwas Puste. Dann hältst du die schmale Seite an die Unterlippe, wobei deine Hand selbst am anderen Ende des Papierstreifens sein sollte. Wenn du jetzt kurz und kräftig darüber bläst, erzeugt die schnell strömende Luft einen Unterdruck, der das Papier – wie im „echten Leben“ die Tragfläche – nach oben zieht.

Der Bernoulli-Effekt und die Windkanäle von heute

Der Schweizer Daniel Bernoulli (1700–1782) war Arzt, Mathematiker und Physiker und entdeckte das später nach ihm benannte Prinzip.
Der Schweizer Daniel Bernoulli (1700–1782) war Arzt, Mathematiker und Physiker und entdeckte das später nach ihm benannte Prinzip.

Zu Zeiten von Daniel Bernoulli war man noch weit davon entfernt, seine Erkenntnisse zum Bau von Flugzeugen zu nutzen. Die entstanden erst viel später – nach zahlreichen teils recht abenteuerlichen Versuchen und auch Fehlschlägen. Bernoulli forschte weiter in den verschiedensten Bereichen wie Astronomie, Nautik und Physik und gewann insgesamt zehn Mal den Wettbewerb der Akademie der Wissenschaften in Paris. Mit seiner wichtigsten Entdeckung – eben dem sogenannten Bernoulli-Effekt – bereitete er den Weg zur Strömungsforschung.


Auch beim DLR beschäftigen sich Wissenschaftler mit der Aerodynamik auf Grundlage des Bernoulli-Effektes. Vor allem in Göttingen – dort wurde die moderne Strömungsforschung entwickelt: mit Windkanälen und vielen anderen Methoden. Die Wissenschaftler – und natürlich auch viele Wissenschaftlerinnen – befassen sich mit experimentellen Untersuchungen an Luft- und Raumfahrzeugen, wobei die Experimente sowohl im Windkanal als auch im Flugversuch durchgeführt werden. Und sie nutzen die Möglichkeiten, die sich heute mit Hilfe von Hochleistungsrechnern ergeben: Denn per Computer kann man die Flugeigenschaften von geplanten Flugzeugen schon sehr genau vorausberechnen. Der Windkanal dient dann oft nur der Überprüfung der berechneten Werte. Übrigens: Im Göttinger DLR_School_Lab – einem der vielen Schülerlabore des DLR, in denen Schulklassen selbst experimentieren können – steht auch ein Strömungskanal, der mit Wasser statt Luft betrieben wird. Und in anderen Windkanälen können sich die Schüler sogar richtig den Wind um die Ohren wehen lassen.

Diese Animation beschreibt das Prinzip des Auftriebs, das Fliegen überhaupt erst möglich macht: den Bernoulli-Effekt. Grafik: DLR
Diese Animation beschreibt das Prinzip des Auftriebs, das Fliegen überhaupt erst möglich macht: den Bernoulli-Effekt. Grafik: DLR