Der Luftdruck

  • Der Luftdruck ist am Boden am höchsten und sinkt mit zunehmender Höhe.
    • Faustregel: Alle 5,5 km halbiert sich der Luftdruck.
  • Der Luftdruck wird gemessen in der Einheit Hektopascal hPa angegeben.
    • 1 Pascal = 1 Pa bezeichnet den Druck einer Kraft von 1 Newton auf eine Fläche von 1 Quadratzentimeter.
    • 1 hPa = 100 Pa
  • Als barometrische Höhenstufe wird die jeweilige Höhe bezeichnet, bei der sich der Luftdruck um 1 hPa ändert.
  • Visuell dargestellt werden kann der Luftdruck eines Gebietes über Isobaren (ísos = gleich, báros = Druck)
    • Man misst den Druck an verschiedenen Punkten innerhalb eines Gebietes.
    • Man diskreditiert den Luftdruck in n Klassen.
    • Man verbindet alle Punkte mit gleicher Druckstufe. Dadurch ergeben sich die Gebiete mit annähernd gleichem Luftdruck.
    • Durch die Abstände der Linien zu der jeweils nächsten Druckstufe kann man das Druckgefälle ablesen.
      • Je niedriger die Abstände, desto stärker sind die Winde dazwischen.
    • Große Isobaren nennt man flache Druckgebilde.
    • Kleine Isobaren nennt man ein Hoch oder ein Tief.

Das Wetter

  • [althochdeutsch] wetar = Wind, Wehen
  • Das Wetter bezeichnet einen kurzfristig messbaren Zustand in der Troposphäre an einem bestimmten Ort.
  • Das Wettergeschehen wird durch folgende abhängige Größen bestimmt:
    • Luftdruck
    • Lufttemperatur
    • Luftfeuchtigkeit
  • Die Veränderung der oben genannten Größen geschieht originär durch die energiereiche Strahlung der Sonne.
  • Die Wetterlage bezeichnet den Zustand in der Troposphäre eines größeren Gebietes an einem bestimmten Ort.
  • Die Witterung bezeichnet den durchschnittlichen Charakter des Wetter an einem bestimmten Ort über einen längeren Zeitraum.

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.

Willkommen bei meiner persönlichen Notizsammlung über die Fliegerei. Hier sammle, ordne und organisiere ich Lerninhalte als Vorbereitung auf die Schulung und Prüfung zur LAPL, die ich Mitte 2021 (so es Corona will…) anstrebe. Gerne dürfen Anmerkungen und Kommentare zu den Inhalten eingestellt werden.

Andreas Marc Klingler, München

Flugleistungen des Motorflugzeuges

  • Gestartet wird grundsätzlich mit höchster Triebswerksleistung.
  • Startrollstrecke bezeichnet die benötigte Pistenlänge bis zum Abheben.
  • Startstrecke bezeichnet die benötigte Länge bis min eine Höhe von 15 Metern erreicht hat.
  • Die Steigrate sinkt mit zunehmender Höhe und Temperatur.
  • Dienstgipfelhöhe bezeichnet diejenige Höhe, bei der noch unter Standardbedingungen eine Steigleitung von 0,5 m/s erreicht wird.
  • Die Mindestgeschwindigkeit eines Flugzeuges hängt ab von seiner
    • Masse,
    • Querneigung,
    • Lage des Schwerpunktes und der
    • Klappenstellung.
  • Die Faustformel für UL-Flugzeuge: 1 KM Gleitstrecke pro 100m Höhe

Klappen

  • Die Landeklappen verändern das Profil des Tragflügels und verändern dadurch seinen Auftriebs- und Widerstandswert.
    • Im Reiseflug hat man sie i.d.R. bei 0°.
    • Beim Startflug senkt man sie z.B. auf 10° ab, um höheren Auftrieb zu erhalten.
    • Beim Landeflug senkt man sie stärker ab, z.B. auf 45°, um sehr hohen Widerstand zu erzeugen.
  • Eine Spaltklappe ist eine Form der Landeklappe, bei der zwischen der Klappe und dem Flügel Luft durchströmen kann. Dies ermöglichst besseren Langsamflug.
  • Eine Fowlerklappe fährt erst nach hinten und dann erst nach unten aus. Sie vergrößert beim Ausfahren also auch die Flügelfläche. Sie wird nur bei sehr großen Flugzeugen eingesetzt.
  • Eine Störklappe oder Bremsklappe fährt etwas an der Flügeloberfläche aus, das die Strömung über den Flügeln bricht und sehr hohen Widerstand erzeugt.

Schränkung

  • Eine Schränkung bezeichnet eine „Verformung“ eines Flügels entlang seiner Länge.
    • Hätte ein Flügel komplett die gleiche aerodynamische Form, dann würde bei einem Strömungsabriss der Auftrieb sofort komplett zusammenbrechen.
    • Durch eine Verformung hat der Flügel an verschiedenen Stellen verschiedene Auftriebs- und Widerstandswerte.
    • Ein Strömungsabriss kann dann auf einem Teil des Flügels auftreten, während ein anderer Teil des Flügels weiterhin Auftrieb erzeugt
  • Bei einer geometrischen Schränkung wird die Profilbezugslinie/-sehne gedreht, so dass der Einstellwinken am Flügelende kleiner ist als innen.
    • Dadurch reißt die Strömung zuerst innen am Flügel ab, während außen der Flügel weiterhin trägt.
  • Bei einer aerodynamischen Schränkung wird das Profil kontinuierlich verändert und ineinander übergeleitet.