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Die bestimmenden Wettergrößen: Luftdruck, Luftdichte und Lufttemperatur

  • Aufgrund der Gravitationskraft dehnen sich die Gase der Atmosphäre nicht unendlich aus und sie werden an dem Planeten „gehalten“.
  • Da auch Luftteilchen eine Masse haben, erzeugen sie aufgrund der Gravitationskraft einen Druck. Den Luftdruck.
  • Die Luftdichte bezeichnet die Anzahl der Luftteilchen in einem bestimmten Raum.
    • Je stärker der Luftdruck ist, desto mehr Luftteilchen werden auf die gleiche Fläche gezwängt.
  • Je stärker die Gravitationskraft wirkt, desto höher ist der Luftdruck und die Luftdichte.
    • Der Luftdruck und die Luftdichte ist am Boden am höchsten.
    • Der Luftdruck und die Luftdichte nehmen mit zunehmender Höhe immer weiter ab – und zwar exponentiell.
  • Je höher das Volumen eines Gaskörpers ist, desto proportional niedriger ist sein Druck. Und umgekehrt.
  • Je höher der Druck, desto höher ist die Luftdichte.
  • Bei gleichbleibendem Luftdruck verringert sich die Luftdichte mit steigender Temperatur
    • Je wärmer die Luft ist, desto mehr Energie hat sie gespeichert.
    • Und umso mehr Platz braucht sie.
    • Deswegen ist die Troposphäre im Sommer höher als im Winter.
  • Je dichter man ein Gas komprimiert, desto wärmer wird es.
  • Luftdruck, Luftdichte und Lufttemperatur sind immer direkt voneinander abhängig.
  • Steigende Luft kühlt sich ab.
  • Absinkende Luft erwärmt sich.

Aufbau der Atmosphäre

  • Atmos-phäre = atmós-sfaira = Dampf-Kugel
  • Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle eines Planeten.
  • In der Erdamosphäre spielt sich das Wettergeschehen nur in den unteren 10 km statt. Darüber liegende Schichten haben praktisch keinen Einfluss auf das Wetter.
  • Man sagt Schicht, aber da die Erde eine Kartoffel Kugel ist, ist eigentlich Schale der bessere Ausdruck. Ich bleibe hier jedoch wie offenbar überall woanders bei dem Begriff Schicht.
  • Die folgende Tabelle zeigt den Aufbau der Atmosphäre.
Ungefährer HöhenbereichName der Schicht bzw. Schale
Exosphäre
80 – 600 kmIonosphäre / Thermosphäre
Mesopause
50 – 80 kmMesosphäre
Stratopause
11 – 50 kmStratosphäre
Tropopause
0 – [7 – 17] kmTroposphäre
  • Die Troposphäre ist die bodennahe Luftschicht. Sie reicht an den Polargebieten bis zu einer Höhe von 7 km und in den Tropengebieten bis zu einer Höhe von 17 km. Zwischen den Polargebieten und Tropen verändert sich ihre Höhe mit der Jahreszeit. Die Temperatur in ihr sinkt mit zunehmender Höhe kontinuierlich bis zur Tropopause.
  • Die Stratosphäre liegt über der Troposphäre bis zu einer Höhe von ca. 50 km. In den untersten 25 km bleibt die Temperatur annähernd gleich, danach steigt sie an, bis sie auf der Höhe der Stratopause wieder annähernd der Temperatur auf dem Erdboden entspricht.
  • Die Mesosphäre liegt über der Stratosphäre bis zu einer Höhe von ca. 80 km. In ihr nimmt die Temperatur kontinuierlich ab.
    • In diesem Bereich entstehen die Nordlichter.
  • Die Ionosphäre oder Thermosphäre liegt über der Mesosphäre und bildet einen kontinuierlichen Übergang zu dem Weltraum. Es gibt mehrere Definitionen, bis zu welcher Höhe sie reicht.
    • Nach der weithin akzeptierten Kármán-Linie liegt sie bei einer Höhe von 100 km. Ab ungefährt dieser Höhe ist die Teilchendichte so gering und die Zentrifugalkraft größer als aerodynamische Kräfte, so dass Luft-fahrt hier nicht mehr möglich ist und auch luft-betriebene Triebwerke keinen Schub mehr geben können.
  • Die Exosphäre bezeichnet den luftleeren Raum, der auf einer Höhe von ca. 600 km beginnt.

Propeller / Luftschraube

  • Der Propeller ist wie ein rotierender Tragflügel.
  • Der Anstellwinkel (Blattwinkel) bestimmt den erzeugten Schub und die Steigleistung
    • Je größer der Anstellwinkel, desto kleiner die Steigung und desto größer die Maximalgeschwindigkeit.
      • Reiseflugzeuge, benötigen längere Startbahnen.
    • Je kleiner der Anstellwinkel, desto größer die Steigung und desto kleiner die Maximalgeschwindigkeit.
      • Schleppflugzeuge, viel Schub auf kurzer Startbahn möglich
  • Bei einer starren Luftschraube sind diese Eigenschaften fest, bei verstellbaren Luftschrauben kann man je nach Fluglage deren Anstellwinkel verändern.
  • Es gibt folgende Propellereffekte:
    • Torque-Reaktion bezeichnet die Gegenreaktion des Drehmoments der Flugschraube. Dreht sich das Triebwerk nach rechts, erfährt das Flugzeug damit gleichzeitig ein Drehmoment nach links.
      • Beim Start sorgt dies für eine stärkere Belastung der Räder auf einer Seite.
      • Beim Start entsteht deswegen eine Tendenz zum Ausbrechen in die Richtung des Drehmoments.
      • Die Stärke der Torque-Reaktion hängt von der Leistung des Motors und der Masse des Flugzeuges ab.
    • Korkenzieher-Effekt bezeichnet ein Moment um die Hochachse, da sich die Luft des Propellers um das Flugzeug herum windet und am Heck einen anziehenden Effekt hat.
    • Kreiselwirkung bezeichnet eine durch die Veränderung der Lage des Propellers entstehende Kraft. Wenn sich z.B. das Flugzeug dreht/giert, ändert dies die Lage des Propellers, wodurch gleichzeitig eine Nickbewegung entsteht.

Konstruktionsgruppen eines Flugzeuges

  • Ein Flugzeug besteht aus folgenden Konstruktionsgruppen:
    • Flugwerk
    • Triebwerk
    • Mindestausrüstung
    • Zusatzausrüstung
  • Zu dem Flugwerk gehören
    • Rumpfwerk
    • Tragwerk
    • Leitwerk
    • Steuerwerk
    • Fahrwerk
  • Das Leitwerk besteht aus
    • Höhenleitwerk
    • Seitenleitwerk
    • Flügelleitwerk
  • Als differenzierte Querruder werden Querruder bezeichnet, bei denen ein Ausschlag nach oben größer ist als ein gleich hoher Ausschlag nach unten.
  • Durch die Trimmung werden die Handkräfte am Steuerknüppel an den Flugzustand angepasst. Es bestimmt die Feinabstimmung der Fluglage.
    • Bei einer guten Trimmung hält das Flugzeug seine Lage im Horizontal-, Steig- oder Sinkflug auch ohne Eingreifen des Piloten bei.
    • D.h. wenn man den Steuerknüppel nicht betätigt und die Flugzeugnase absinkt, dann ist es kopflastig bzw. wenn die Flugzeugnase sich erhebt, schwanzlastig. Durch Justierung der Trimmung stellt man den Winkel eines Quer-, Höhen- oder Seitenruders so, dass bei den aktuellen Umgebungsbedingungen das Flugzeug in stabiler Lage bleibt.
  • Es ist schädlich, den Motor in kaltem Zustand sofort auf hohe Drehzahlen zu bringen, da das kalte = sehr zähe Öl noch nicht die erforderlichen Schmiereigenschaften hat.