Induzierter Widerstand vs. parasitärer Widerstand in der Luftfahrt

Beim Fliegen ist es für Piloten und Luftfahrtfans gleichermaßen wichtig, die wirkenden Kräfte zu verstehen. Eine der wichtigsten Kräfte im Flug ist der Widerstand. Er wirkt der Bewegung des Flugzeugs durch die Luft entgegen und tritt in verschiedenen Formen auf. In der Luftfahrt unterscheidet man zwei Hauptarten: den induzierten Widerstand und den parasitären Widerstand. Beide beeinflussen, wie effizient ein Flugzeug fliegt, verhalten sich aber je nach Geschwindigkeit und Anstellwinkel unterschiedlich. Schauen wir uns genauer an, wie sie funktionieren und wie sie den Flug beeinflussen.

Was ist induzierter Widerstand?

Der induzierte Widerstand hängt direkt mit der Erzeugung von Auftrieb zusammen. Ein Flugzeug erzeugt Auftrieb, indem zwischen Ober- und Unterseite der Flügel ein Druckunterschied entsteht. Über dem Flügel strömt die Luft schneller und erzeugt niedrigeren Druck, unter dem Flügel langsamer mit höherem Druck. Dieser Druckunterschied hält das Flugzeug in der Luft.

Wenn die Luft um die Flügel strömt, entstehen jedoch Randwirbel an den Flügelspitzen – rotierende Luftströmungen, die durch den Druckunterschied verursacht werden. Diese Wirbel stören die gleichmäßige Strömung über den Flügeln, und daraus entsteht der induzierte Widerstand. Kurz gesagt: Der Auftrieb ist nötig, um in der Luft zu bleiben, doch seine Erzeugung bringt auch einen Widerstand mit sich, der das Flugzeug bremst.

Wie wirkt induzierter Widerstand?

Der induzierte Widerstand ist bei niedriger Geschwindigkeit und großem Anstellwinkel am stärksten. Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen Flügel und anströmender Luft. Bei niedriger Geschwindigkeit braucht das Flugzeug einen größeren Anstellwinkel, um genug Auftrieb zu erzeugen – das erhöht den induzierten Widerstand. Bei hoher Geschwindigkeit reicht ein kleinerer Anstellwinkel für denselben Auftrieb, und der induzierte Widerstand sinkt.

Deshalb ist der induzierte Widerstand bei Start und Landung ein wichtiger Faktor, im Reiseflug spielt er dagegen eine geringere Rolle.

Was ist parasitärer Widerstand?

Der parasitäre Widerstand hat dagegen nichts mit dem Auftrieb zu tun. Er entsteht allein durch den Luftwiderstand des Flugzeugs bei der Bewegung durch die Luft. Er steigt mit der Geschwindigkeit – je schneller man fliegt, desto größer der Widerstand.

Der parasitäre Widerstand lässt sich in drei Unterarten aufteilen: Formwiderstand, Reibungswiderstand und Interferenzwiderstand. Schauen wir sie uns einzeln an.

Formwiderstand – durch die Form verursacht

Der Formwiderstand entsteht durch die Form des Flugzeugs. Trifft die Strömung auf einen klobigen, wenig aerodynamischen Körper, drückt die Luft dagegen und erzeugt mehr Widerstand. Deshalb haben Flugzeuge stromlinienförmige Formen – um den Formwiderstand zu verringern. Eine flache Fläche oder kastenförmige Form erzeugt zum Beispiel deutlich mehr Widerstand als eine glatte, aerodynamische Form wie ein Flügel oder Rumpf.

Einen geringen Formwiderstand braucht es für niedrigen Verbrauch und hohe Geschwindigkeit. Deshalb werden Flugzeuge so glatt und aerodynamisch wie möglich gebaut.

Reibungswiderstand – der unsichtbare Widerstand

Auch wenn die Oberflächen eines Flugzeugs glatt aussehen, sind sie mikroskopisch betrachtet nicht perfekt glatt. Dadurch haften Luftteilchen an der Oberfläche, und es entsteht Reibungswiderstand. Je rauer die Oberfläche, desto größer der Widerstand.

Flugzeugingenieure tun viel dafür, dass die Oberfläche so glatt wie möglich ist. Saubere, polierte Oberflächen verringern den Reibungswiderstand – deshalb sind regelmäßige Wartung und Reinigung wichtig, damit das Flugzeug effizient bleibt.

Interferenzwiderstand – wenn Strömungen aufeinandertreffen

Der Interferenzwiderstand entsteht, wenn Luftströmungen von verschiedenen Teilen des Flugzeugs aufeinandertreffen und Verwirbelungen verursachen. Wo zum Beispiel der Flügel auf den Rumpf trifft, prallen die Strömungen von Flügel und Rumpf aufeinander, erzeugen Turbulenzen und erhöhen den Widerstand.

Ingenieure verringern den Interferenzwiderstand mit glatten Übergängen zwischen Flügeln, Rumpf und anderen Bauteilen, damit die Luft möglichst gleichmäßig strömen kann.

Wie der parasitäre Widerstand die Geschwindigkeit beeinflusst

Anders als der induzierte Widerstand steigt der parasitäre Widerstand mit der Geschwindigkeit. Je schneller sich das Flugzeug bewegt, desto mehr Luft muss es verdrängen und desto größer wird der Widerstand. Deshalb ist der parasitäre Widerstand bei niedriger Geschwindigkeit weniger bedeutend, wird aber bei hoher Geschwindigkeit, etwa im schnellen Reiseflug, zu einem wichtigen Faktor.

Das Gleichgewicht zwischen induziertem und parasitärem Widerstand

Im echten Flug versuchen Piloten und Ingenieure, beide Widerstandsarten auszubalancieren, um möglichst effizient zu fliegen. Bei niedriger Geschwindigkeit überwiegt der induzierte Widerstand, mit steigender Geschwindigkeit wird der parasitäre Widerstand wichtiger.

Flugzeugkonstrukteure nutzen Technik wie Winglets, um die Wirbel an den Flügelspitzen zu verringern und so den induzierten Widerstand zu senken. Gleichzeitig setzen sie auf glatte, stromlinienförmige Rümpfe und einziehbare Fahrwerke, um den parasitären Widerstand möglichst gering zu halten.

Fazit: Widerstand und effizientes Fliegen

Zusammengefasst:

• Induzierter Widerstand entsteht durch die Erzeugung von Auftrieb und ist bei niedriger Geschwindigkeit stärker.
• Parasitärer Widerstand entsteht durch den Luftwiderstand und nimmt mit der Geschwindigkeit zu.
• Beide Arten bestimmen, wie effizient ein Flugzeug fliegt, und Ingenieure arbeiten hart daran, beide zu verringern.

Für alle, die sich für die Luftfahrt interessieren, ist es wichtig zu verstehen, was Widerstand ist und wie er den Flug beeinflusst. Ob Pilot, Luftfahrtfan oder einfach neugierig, wie Flugzeuge funktionieren: Wer den Unterschied zwischen induziertem und parasitärem Widerstand kennt, versteht die Wissenschaft hinter dem Fliegen besser.