Eine Tragfläche ist die Bezeichnung für die Querschnittsform eines Objekts, das, wenn es durch ein Fluid wie Luft bewegt wird, eine aerodynamische Kraft erzeugt. Tragflächen werden bei Flugzeugen als Flügel zur Erzeugung des Auftriebs oder als Propellerblätter zur Erzeugung des Schubs eingesetzt. Beide Kräfte werden senkrecht zur Luftströmung erzeugt. Der Luftwiderstand ist eine Folge der Erzeugung von Auftrieb/Schub und wirkt parallel zur Luftströmung.
Andere Tragflächen sind Leitwerke, Flossen, Winglets und Hubschrauberrotorblätter. Steuerflächen (z.B. Quer-, Höhen- und Seitenruder) sind so geformt, dass sie zum gesamten Tragflächenprofil des Flügels oder Leitwerks beitragen (Skybrary, 2011).
Es werden verschiedene Begriffe verwendet, um Tragflächen zu beschreiben (Dynamic Flight, 2002).
- Vorderkante = Vorderkante der Tragfläche
- Hinterkante = Hinterkante der Tragfläche
- Sehne = Linie, die die Vorder- und Hinterkante verbindet. Bezeichnet die Länge der Tragfläche
- Mittlere Wölbungslinie = Linie, die auf halber Strecke zwischen der Ober- und Unterseite der Tragfläche gezogen wird. Bezeichnet den Grad der Wölbung des Flügels
- Punkt maximaler Dicke = dickster Teil des Flügels, ausgedrückt als Prozentsatz der Sehne
Indem der Konstrukteur jedes der oben genannten Merkmale eines Flügels verändert, kann er die Leistung des Flügels so anpassen, dass er für seine spezielle Aufgabe geeignet ist. Ein Sprühflugzeug kann zum Beispiel einen dicken, stark gewölbten Flügel haben, der bei niedriger Geschwindigkeit viel Auftrieb erzeugt. Ein Düsenflugzeug hingegen hätte einen dünnen Flügel mit minimaler Wölbung, um mit hoher Geschwindigkeit fliegen zu können.
Wie es funktioniert
Das Grundprinzip eines Tragflügels wird durch das Bernoullis-Theorem beschrieben. Es besagt, dass der Gesamtdruck gleich dem statischen Druck (durch das Gewicht der darüber befindlichen Luft) plus dem dynamischen Druck (durch die Bewegung der Luft) ist.
Luft, die über die Oberseite des Flügels strömt, muss sich schneller bewegen und gewinnt dadurch an dynamischem Druck. Der daraus resultierende Verlust an statischem Druck erzeugt eine Druckdifferenz zwischen der Ober- und der Unterseite, die als Auftrieb bezeichnet wird und dem Gewicht eines Flugzeugs entgegenwirkt (oder Schub, der dem Luftwiderstand entgegenwirkt).
Je größer der Anstellwinkel (der Winkel zwischen der Sehnenlinie und der relativen Luftströmung), desto mehr Auftrieb wird erzeugt. Sobald der kritische Anstellwinkel erreicht ist (in der Regel etwa 14 Grad), wird das Flugzeug abgewürgt.
