Bevor wir in die Aerodynamik der Helikopter
einsteigen können, sollten wir einige grundlegende aerodynamische Prinzipien kennen.
Damit die Flugzeuge, die "schwerer als
Luft" sind, vom Boden abheben können, muss eine Kraft nach oben wirken, die
mindestens so groß ist, wie das Gewicht des Flugzeuges. Diese Kraft nennt man Auftrieb
und wird durch die Tragflächen erzeugt.
Die Tragflächen oder Flügel haben im Querschnitt eine bestimmte Form, das Profil. Es
gibt eine Vielzahl verschiedener Profilarten, je nachdem welche Flugeigenschaften ein
Flugzeug erreichen soll.
Bewegt sich nun eine Tragfläche vorwärts, teilt das Profil den Luftstrom in
einen unteren und einen oberen Teil.
Da die Luft durch die Wölbung um das Profil verdrängt wird, muss sie einen "weiteren Weg" zurücklegen, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Nach dem Gesetz der Strömungslehre (Bernoulli-Gleichung) führt die Geschwindigkeitszunahme zu einer Reduktion des Drucks. Es entsteht auf der Oberfläche des Flügels ein "Sog" (
Abb. 2). Da die obere und untere Seite des Profils eine unterschiedliche Wölbung aufweist, wird auch ein unterschiedlicher "Sog" erzeugt.
Bei einem voll- symmetrischen Profil
(hier ist
ein halbsymmetrisches dargestellt) ist der Unterdruck auf der Flügeloberseite genau
gleich groß, wie auf der Unterseite.
Diese rein aerodynamischen Kräfte reichen noch nicht aus, um ein Flugzeug zum
Fliegen zu bringen. Ein Flügel muss im Luftstrom leicht angestellt werden,
wodurch die Luft nach unten abgelenkt wird, was zu einem Überdruck auf der
Flügelunterseite führt, welcher den Gesamtauftrieb erhöht.
Dieser Anstellwinkel bewirkt zusätzlich eine
Erhöhung des Unterdrucks auf der Oberseite, da die Luft einen noch weiteren Weg
zurücklegen muss und dadurch stärker beschleunigt wird.
Durch die Anstellung des Flügels wird aber auch der Luftwiderstand erhöht, was mit einer
größeren Leistung für den Vortrieb kompensiert werden muss.
Grundsätzlich kann gesagt werden, dass der Auftrieb größer wird, je schneller sich das
Flugzeug vorwärts bewegt. Gleichzeitig wird aber auch der Luftwiderstand erhöht. Aus
diesem Grund besitzen Flugzeuge, welche nur langsam fliegen dicke Profile, bei sehr
schnellen Flugzeugen reichen schlanke Profile für die Erzeugung des Auftriebs aus.
Der Anstellwinkel und die Geschwindigkeit können aber nicht beliebig erhöht
werden, da die Luftströmung auf der Oberseite abreißen kann. Das heißt die
Strömung fließt nicht mehr entlang dem Profil, sondern bildet Wirbel.
Zuerst entstehen die Wirbel an der
Austrittskante. Wird der Anstellwinkel weiter erhöht, bilden sich immer mehr Wirbel
Richtung Eintrittskante, bis der Auftrieb nicht mehr ausreicht um das Flugzeug in der Luft
zu halten. Dieser Flugzustand wird als Stall (engl.) bezeichnet und tritt vor allem dann
auf, wenn das Flugzeug zu langsam fliegt.
Sobald die Strömung wieder sauber am Profil entlang fließt, ist auch der notwendige
Auftrieb wieder vorhanden und das Flugzeug fliegt wieder.