Fiktive Streitfrage, Rat benötigt!

Auto, Rad & Mobilität Luft- & Raumfahrt
#1

Hallo zusammen,
wir behandeln gerade eine fiktive Spaß-Streitfrage, bei der wir nun externen Rat benötigen. Wer Lust hat, ist herzlich eingeladen, daran teilzuhaben und zu beraten.

Situation:
Ein herkömmliches Düsen-Passagier-Flugzeug soll auf einer „Startbahn“ abheben. Es beginnt den Start bei 1km/h und beschleunigt bis ca. 280 km/h, also der normalen Abheb-Geschwindigkeit.
Die Startbahn besteht jedoch aus einem Fließband, das sich in gleicher Geschwindigkeit entgegengesetzt bewegt (gleichzeitig im Verlauf von 1-280km/h). Die Startbahn ist somit bis auf die Geschwindigkeit also vergleichbar mit einem Indoor-Jogging-Laufband, auf dem man langsam beschleunigt.
In der Umgebung herrscht grundsätzlich Windstille, also keine bemerkenswerten Beeinflussungen. 

Nun die Streitfrage:
Könnte eine solche Situation zum Start des Flugzeugs führen? Ist ein Start möglich? Wenn ja, warum / wenn nein, warum nicht? 

Vielen Dank für Eure Beiträge!

#2

Ach wird das Ding mal wieder aufgewärmt… :smile:

Die einzige Antwort ist: Das Flugzeug hebt ab, und jeder der was anderes behauptet beweist nur, daß er von Flugzeugen keine Ahnung hat.
Flugzeugen ist der Untergrund beim Starten nämlich schnurzpiepegal. Flugzeuge brauchen nichtmal unbedingt Räder, um starten zu können. Wasserflugzeuge starten mit Schwimmkörpern, in Polargebieten haben Flugzeuge Skier, und es klappt trotzdem. Ob sich der Untergrund also bewegt oder nicht, juckt das Flugzeug nicht, es startet ganz normal, nur die Räder drehen etwas schneller, aber das macht denen auch nix.
Das wurde übrigens von den Mythbusters auch schon in der Praxis erprobt, und es ist mir echt schleierhaft, wie es immer noch Leute geben kann, die etwas anderes annehmen…

#3

Da gibt’s sogar eine FAQ zu:
http://www.wer-weiss-was.de/faq153/entry2772.html

#4

Halo Fagewurm,

Beim Flugzeug ist nur die Geschwindigkeit Flugzeug-Luft wichtig!

Deshalb startet und landet man auch möglichst gegen den Wind. Die Windgeschwindigkeit addiert sich dann zur Geschwindigkeit über Grund und man benötigt eine Kürzere Landebahn.

Ein Flugzeug funktioniert auch im Windkanal, und da ist die Geschwindigkeit über Grund gleich Null.

Bei genügend Gegenwind kann in Flugzeug auch rückwärts fliegen, zumindest über Grund. Geht praktisch mit sehr alten Flugzeugen und heute mit den Ultraleicht Fliegern.

Zudem wird ein Flugzeug nicht über die Räder angetrieben, das sind nur Rollen ohne Antrieb.

MfG Peter(TOO)

#5

also vergleichbar mit einem Indoor-Jogging-Laufband

Flugzeug und Luft sollen also auf der Stelle stehen bleiben, während sich das Band darunter bewegt? Da hebt nur ein Senkrechtstarter ab.

#6

Hallo,

also vergleichbar mit einem Indoor-Jogging-Laufband

Ist so nicht vergleichbar, weil das Flugzeug seine Antriebskraft eben nicht gegen den Boden aufbringt, wie ein Jogger.

Flugzeug und Luft sollen also auf der Stelle stehen bleiben,

Warum sollte das Flugzeug das tun?.
Wie Peter(Too) ein Posting weiter unten schon schreibt,
„wird ein Flugzeug nicht über die Räder angetrieben, das sind nur Rollen ohne Antrieb.“

während sich das Band darunter bewegt? Da hebt nur ein Senkrechtstarter ab.

Wenn man annimmt, dass das Flugzeug stehen bleiben würde, dann wäre das so.

Das Band würde das Abheben aber sogar unterstützen, weil durch eine schnelle Bewegung des Bandes ein zusätzlicher Luftstrom erzeugt wird, der wie Gegenwind wirkt.
Gruß Uwi

#7

Nichts geht…
…wenn ich die Frage richtig verstanden habe und vom Tower aus betrachtet das Flugzeug auf der Stelle steht, weil sich die Geschwindigkeiten von Flugzeug und Laufband gegenseitig aufheben.
Statt des Laufbandes könnte man das Flugzeug mit einem Seil festbinden, das käme auf das selbe hinaus. Gesamtgeschwindikeit= 0

Der Luftstrom fast geht ausschließlich durch die Turbinen und die Tragfächen können kaum Luft verdrängen, weil sich das Flugzeug eben nicht durch die Luft bewegt.

Klappen könnte es vielleicht mit einer Propellermaschine, wenn der Propeller die Tragflächen mit der notwendigen Luftgeschwindigkeit versorgt.

#8

Flugzeug und Luft sollen also auf der Stelle stehen bleiben,

Warum sollte das Flugzeug das tun?.

Darum:

also vergleichbar mit einem Indoor-Jogging-Laufband

Würde das Flugzeug nicht stehen bleiben, dann wäre das Szenario nicht mit einem Indoor-Jogging-Laufband vergleichbar.

Das Band würde das Abheben aber sogar unterstützen, weil durch
eine schnelle Bewegung des Bandes ein zusätzlicher Luftstrom
erzeugt wird, der wie Gegenwind wirkt.

Wegen der geforderten Vergleichbarkeit mit dem Indoor-Jogging-Laufband wäre das der einzige Luftstrom und der würde das Abheben nicht erleichtern, sondern erschweren. Aufgrund der Viskosität der Luft sinkt die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand vom Band. Die Luft bewegt sich unter dem Flügel also schneller als darüber, was zu einem Druckafall führt, der das Flugzeug nach unten zieht.

#9

Diese Annahme führt immer zum Widerspruch
Hallo zusammen

Die ganze Annahme ist einfach logisch nicht haltbar.

vergleichbar mit einem Indoor-Jogging-Laufband

Würde das Flugzeug nicht stehen bleiben, dann wäre das Szenario nicht mit einem Indoor-Jogging-Laufband vergleichbar.

Genau! Dieser Vergleich ist der Knackpunkt, er führt immer zum Widerspruch.

Der entscheidende Punkt ist doch: Die Räder des Flugzeugs rollen nur passiv mit. Der Antrieb kommt nur durch die Düsen zustande. Siehe die anderen Beiträge und auch Wikipedia: Flugzeuge rollen auf stickstoffgefüllten Flugzeugreifen. Die Räder laufen bzw. rollen nur frei mit, d.h. sie werden nicht wie bei einem Kraftfahrzeug angetrieben (…)

Somit stellt sich die Frage, relativ zu welchem Bezugssystem die Geschwindigkeiten von Flugzeug und Band gemessen werden sollen. (Beziehungsweise, ob die Relativgeschwindigkeit der Räder oder die des Flugzeugkörpers gemessen werden soll. O.B.d.A. gehe ich hier nur auf die erste Frage ein.)

Werden sie relativ zum Flughafengelände gemessen, ist unmittelbar klar, dass das Flugzeug sich voranbewegt und letzten Endes abheben wird. Dann aber bewegt sich das Band relativ zum Flugzeug schon mit der gleichen Geschwindigkeit, wenn es nur (im Verhältnis zum Erdboden) stillsteht. Wenn das Band aber relativ zum Erdboden die gleiche Geschwindigkeit hat wie das Flugzeug zum Erdboden (nur in Gegenrichtung), dann addieren sich beide Geschwindigkeiten zur doppelten Relativgeschwindigkeit FlugzeugBand: Widerspruch zur Annahme.

Oder es wird angenommen, die Geschwindigkeit des Flugzeugs soll relativ zum Band gemessen werden. Dann ergibt sich der gleiche Widerspruch zur Annahme, da sonst das Band dann relativ zur Erde immer stillstehen muss. Wenn sich das Band aber relativ zum Erdboden bewegt, ist das Flugzeug relativ zum Band plötzlich doppelt so schnell…

Gruss
dodeka

#10

…wenn ich die Frage richtig verstanden habe und vom Tower
aus betrachtet das Flugzeug auf der Stelle steht, weil sich
die Geschwindigkeiten von Flugzeug und Laufband gegenseitig
aufheben.

?
irrtum. das flugzeug wird sich vorwärts bewegen, wenn die schubkraft ausreicht, um es gegenüber der umgebenden luft zu beschleunigen.
die entgegengesetzte laufrichtung der fahrbahn wird dafür sorgen, daß sich die räder des flugzeugs entsprechend schneller drehen.

Statt des Laufbandes könnte man das Flugzeug mit einem Seil
festbinden, das käme auf das selbe hinaus.

??
fast dasselbe: wenn die triebwerke genug schub liefern, wird das seil reißen und das flugzeug fährt los. ohne seil muß nur die reibung zur fahrbahn überwunden werden.

Der Luftstrom fast geht ausschließlich durch die Turbinen und
die Tragfächen können kaum Luft verdrängen, weil sich das
Flugzeug eben nicht durch die Luft bewegt.

???

Klappen könnte es vielleicht mit einer Propellermaschine, wenn
der Propeller die Tragflächen mit der notwendigen
Luftgeschwindigkeit versorgt.

???
ein sehr interessanter ansatz! denk nochmal drüber nach, und lies vorher vielleicht mal die anderen antworten.

gruß

michael

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#11

Tja :-/
Einigen wir uns darauf, das einzig Strittige an der Frage ist die schlampige Formulierung. Es gibt, egal wie die Frage gemeint war, nach den Gesetzen der Physik nur eine eindeutige Lösung, nichts ist strittig.

Wenn die Relativgeschwindigkeit der Luft gegenüber den Tragflächen gleich null ist, beziehungsweise zu gering ist, weil nur der Nebenluftstrom der Düsen an den Tragflächen vorbeifließt, kann das Flugzeug logischerweise nicht abheben, also wenn ein Laufband den Schub der Düsentriebwerke mit der entgegengesetzen Geschwindigkeit kompensiert.

Für Kräfte braucht man auch einen Ansatzpunkt. Münchhausen konnte sich auch nur in seiner eigenen Geschichte am Schopf aus dem Sumpf ziehen.

Nur zur Info. Im Fahrwerk ist KEIN Motor eingebaut, das Flugzeug bewegt sich auch am Boden nur mit den Düsen vorwärts oder wird an seine Position mit einem Transporter geschleppt.

Wenn das tatsächlich funktionieren würde, gäbe es diese Laufbänder auf den Flugzeugträgern :stuck_out_tongue:

#12

Hallo Fragewurm,

[…], also wenn ein Laufband den Schub der Düsentriebwerke mit der
entgegengesetzen Geschwindigkeit kompensiert.

Das ginge aber nur, wenn das Flugzeug die Radbremsen nicht wirklich löst oder das Laufband müsste so schnell sein, dass die Lager glühen und anfangen zu klemmen.

MfG Peter(TOO)

#13

Ok ich habs verstanden…
…das Flugzeug ist nicht kraftschlüssig mit dem Laufband sondern mit der Luft.
Die Räder am Fahrwerk drehen einfach doppelt so schnell wie normal, das wars.

Tolles Rätzel :smile:

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#14

Die ganze Annahme ist einfach logisch nicht haltbar.

Das war keine Annahme, sondern eine Forderung.

Der entscheidende Punkt ist doch: Die Räder des Flugzeugs
rollen nur passiv mit. Der Antrieb kommt nur durch die Düsen
zustande.

Das ist richtig und in dem Szenario, über das wir hier reden, muss dieser Antrieb gerade so groß sein, dass er den Rollwiderstand der Räder auf dem Laufband ausgleicht.

Somit stellt sich die Frage, relativ zu welchem Bezugssystem
die Geschwindigkeiten von Flugzeug und Band gemessen werden
sollen.

Diese Frage wird durch die geforderte Vergleichbarkeit mit dem Indoor-Jogging-Laufband beantwortet. Da zeigt das Gerät bei bestimmungsgemäßen Gebrauch die Relativgeschwindigkeit zwischen Band und Läufer an, wobei der Läufer gegenüber der Umgebung ruht.

Oder es wird angenommen, die Geschwindigkeit des Flugzeugs
soll relativ zum Band gemessen werden. Dann ergibt sich der
gleiche Widerspruch zur Annahme, da sonst das Band dann
relativ zur Erde immer stillstehen muss. Wenn sich das Band
aber relativ zum Erdboden bewegt, ist das Flugzeug relativ zum
Band plötzlich doppelt so schnell…

Darüber solltest Du besser nochmal nachdenken.

#15

Warum fliegt ein Flugzeug?
Beim Flug wirken (die Feinheiten und Segelflieger lass ich mal weg) 4 Kräfte.
Da es einfacher zu erklären ist, wird die Luft als nicht komprimierbare Füssigkeit betrachtet (ist aber egal).

  1. Reibung an Rumpf und Tragflächen (am Boden noch an den Rädern/Kufen oder dem Rumpf bei Wasseerflugzeugen) engegen der Flugrichtung
  2. Vortrieb in Flugrichtung durch Propeller oder Düsen, die die umgebende Luft nach hinten schieben bzw. den Flieger nach vorn ziehen. Sie wirkt allein auf die Luft.
  3. Schwerkraft, die das Flugzeug nach unten zieht
  4. Auftrieb durch die Luft, die um die Flügel strömt. Sie wirk ebenfalls allein auf die Luft.

Wenn der Vortrieb größer ist als die Reibung, bewegt sich der Flieger nach vorn.
Wenn der Auftrieb größer ist als die Schwerkraft, steigt er nach oben.

Also das Laufband ist fest mit der Startbahn verbunden und 3 km lang. An der Seite sind neben der Startbahn alle 100 m Markierungen.

Wenn das Band still steht und der Flieger mit dem Antrieb durch die Luft saugt, wird er beschleunigen, wenn der Vortrieb größer ist als die Reibung.
Nach ca. 2 km (gemessen an den Markierungen) beträgt die Geschwindigkeit der Luft in Bezug zu den Tragflächen 280km/h.
Da das Band still steht und es windstill ist, bewegt sich der Flieger mit 280 km/h in Bezug zu Band/Rollbahn.
Nun ist der Auftrieb größer als die Schwerkraft und der Flieger hebt ab.
An den Rädern misst man 280 km/h.

Wenn sich das Band von 0 auf 280 mit der gleichen Beschleunigung wie der Fleiger beim Stillstand des Bandes bewegt (obwohl das egal wäre), passiert folgendes.
Die Triebwerke saugen den Flieger immer noch durch die Luft, wobei Rollreibung,Vortrieb und Luftwiderstand immer noch gleich sind. Er beschleunigt also.
Nach ca. 2 km (gemessen an den Markierungen) beträgt die Geschwindigkeit der Luft in Bezug zu den Tragflächen wieder 280km/h.
Nun ist der Auftrieb wieder größer als die Schwerkraft und der Flieger hebt ab.
Das Band hat jetzt auch eine Geschwindigkeit von 280 km/h in die andere Richtung.
Die Geschwindigkeit in Bezug zur Rollbahn ist wieder 280 km/h.
Die Geschwindigkeit zum Band ist aber größer. An den Rädern würde man 560 km/h messen.

Betrachtet es mal als Boot, das flussaufwärts fährt.
Mit einem Antrieb im Wasser muss dieser so viel Kraft aufbringen, daß das Wasser schneller durch den Antrieb strömt als es den Fluss abwärts fließt. Dies schließt die Reibung des Wassers mit ein.
Hat das Boot eine Antrieb in der Luft (Hovercraft) braucht der Antrieb nur so viel Kaft, um die Reibung des Wassers zu überwinden.
Ein Flugzeug hat eine Antrieb in Bezug auf die Luft und nicht den Boden.

#16

Hallo,

Wegen der geforderten Vergleichbarkeit mit dem
Indoor-Jogging-Laufband

Naja, dass dieser Vergleich unreal ist, wurde ja schon mehrfach festgestellt.
Das Band kann das Flugzeug ja nicht am Ort festhalten, wenn die Räder einfach frei drehen.

wäre das der einzige Luftstrom und der
würde das Abheben nicht erleichtern, sondern erschweren.
Aufgrund der Viskosität der Luft sinkt die
Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand vom Band. Die
Luft bewegt sich unter dem Flügel also schneller als darüber
was zu einem Druckafall führt, der das Flugzeug nach unten zieht.

Ja, das ist prinzipiell auch denkbar.
Ob nun aber etwas Auftrieb oder Abtrieb entsteht, hängt wohl von dem Gradienten der Strömung und auch von den konkreten Strömungsverhältnissen (Bildung von Wirbeln an der Grenzschicht zum Band) ab.
Immerhin ist die Höhe des Flügelprofils im Verhältnis zur Höhe über dem Band recht klein. Was da überwiegt, werden wird wohl hier nicht feststellen können
Gruß Uwi

#17

Aufgrund der Viskosität der Luft sinkt die
Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand vom Band.

Wieso??

Die Luft bewegt sich unter dem Flügel also schneller als darüber,
was zu einem Druckafall führt, der das Flugzeug nach unten
zieht.

Wenn ein Flügel so konstruiert wäre, würde kein Flugzeug fliegen.

Ein Flügel ist unten glatt und oben gewölbt. Dadurch ist der Weg oben länger und somit auch die Geschwindigkeit der Luft ober größer als unten. Der Druck ist dadurch oben geringer als unten. Genau deshalb entsteht Auftrieb. Je näher der Flügel am Boden, desto größer der Auftrieb. Das nennt man Bodeneffekt.

#18

Aufgrund der Viskosität der Luft sinkt die
Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand vom Band.

Wieso??

Die Viskosität bremst die Luft. Um die Strömung aufrecht zu erhalten, muss das Band deshalb eine Kraft auf die Luft ausüben. Ein Fluid wie die Luft kann solche Scherkräfte aber nicht so einfach weitergeben wie ein Festkörper. Stattdessen wird zunächst die unmittelbar an das Band angrenzende Luftschicht beschleunigt. Sobald diese sich bewegt, beschleunigt sie die darüber liegende und so weiter. Das Ergebnis ist ein Geschwindigkeitsgradient senkrecht zur Oberfläche des Bandes, der bei laminaren Strömungen Newtonscher Flüssigkeiten beispielsweise so aussieht:

v’ = - \frac{F}{{\eta \cdot A}}

Die Luft bewegt sich unter dem Flügel also schneller als darüber,
was zu einem Druckafall führt, der das Flugzeug nach unten
zieht.

Wenn ein Flügel so konstruiert wäre, würde kein Flugzeug
fliegen.

Flugzeuge sind so konstruiert, dass sie durch ruhende Luft fliegen.

Ein Flügel ist unten glatt und oben gewölbt.

Das geht auch anders.

Dadurch ist der
Weg oben länger und somit auch die Geschwindigkeit der Luft
ober größer als unten.

Dass die Geschwindigkeit der Luft obgen größer als unten ist, hat nichts mit dem längeren Weg zu tun.

Der Druck ist dadurch oben geringer als unten.

Das gilt zwar unter den Bedingungen bei denen Flugzeuge fliegen, aber in dem Szenario, das wir hier diuskutieren ist es umgekehrt.

#19

Das Band kann das Flugzeug ja nicht am Ort festhalten, wenn
die Räder einfach frei drehen.

Das Band kann auch den Jogger nicht am Ort festhalten. Der muss selbst für die richtige Relativgeschwindigkeit sorgen. Für das Flugzeug gilt genau dasselbe. Bisher konnte hier niemand auch nur ansatzweise erklären, wo das Problem liegen soll.

#20

Die Viskosität bremst die Luft. Um die Strömung aufrecht zu
erhalten, muss das Band deshalb eine Kraft auf die Luft
ausüben. Ein Fluid wie die Luft kann solche Scherkräfte aber
nicht so einfach weitergeben wie ein Festkörper. Stattdessen
wird zunächst die unmittelbar an das Band angrenzende
Luftschicht beschleunigt. Sobald diese sich bewegt,
beschleunigt sie die darüber liegende und so weiter. Das
Ergebnis ist ein Geschwindigkeitsgradient senkrecht zur
Oberfläche des Bandes, der bei laminaren Strömungen
Newtonscher Flüssigkeiten beispielsweise so aussieht:

v’ = - \frac{F}{{\eta \cdot A}}

Du vergißt, daß die Luft durch den Antrieb des Flugzeugs beschleunigt wird. Ein stehendes Band verhält sich dabei wie die Rollbahn. Die Reibung zwische Band und Luft ist in diesem Fall relativ groß. Da sich das Band aber entgegen der Startrichtung bewegen soll, ist die Relativgeschwindigkeit der Luft zum Band kleiner, da die Luft in die gleiche Richtung strömt. Die Reibung ist somit auch kleiner.
Der Druck breitet sich von den Tragflächen her aus und nimmt in deinem Fall mit zunehmenden zu diesen zu, bis die Luft auf den Boden trifft. Wenn ich das Band (ob es läüft oder nicht) als umsrtrömten Körper betrachte, nimmt der Druck ab einem bestimmten Punk in Richtung Boden wieder ab. Da die Relativgeschwindigkeit Luft - Band bei laufenden Band kleiner ist, ist der Druck am Boden höher als beim stehenden Band. EinTeil wenn nicht alles wird durch die Reibung der Luft mit dem Band wieder aufgehoben.
Ein stehedes Band bremmst die Luft mehr ab, was sich positiv auf den Vortrieb auswirkt.

Die Luft bewegt sich unter dem Flügel also schneller als darüber,
was zu einem Druckafall führt, der das Flugzeug nach unten
zieht.

Wenn ein Flügel so konstruiert wäre, würde kein Flugzeug
fliegen.

Flugzeuge sind so konstruiert, dass sie durch ruhende Luft
fliegen.

Aber nicht mit solchen Flügeln. Wenn der Druck unten stärker ist als oben, nennt man das Abtrieb. Deshalb müssen Flugzeuge beim Rückenflug ihre Flügel schräg nach oben stellen. Sonst geht sehr schnell abwärts.

Ein Flügel ist unten glatt und oben gewölbt.

Das geht auch anders.

Aber nicht beim Fliegen.

Dadurch ist der
Weg oben länger und somit auch die Geschwindigkeit der Luft
ober größer als unten.

Dass die Geschwindigkeit der Luft obgen größer als unten ist,
hat nichts mit dem längeren Weg zu tun.

Womit denn dann? Die obere und untere Luftschicht sind vor und nach dem Flügel gleich schnell. Da die Zeit für das Umströmen des Flügels für beide Schichten gleich ist, macht v=s/t das v oben größer als unten. Nur so erreicht man oben einen geringeren Luftdruck als unten.

Der Druck ist dadurch oben geringer als unten.

Das gilt zwar unter den Bedingungen bei denen Flugzeuge
fliegen, aber in dem Szenario, das wir hier diuskutieren ist
es umgekehrt.

Wenn es umgekehrt wäre, würde der Flieger nie abheben, egal ob das Band steht oder nicht. Dann gäbe es die Diskussion nicht.

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