Wir haben uns diese Woche mit der Konstruktion von Flugzeugen befasst und waren dafür am KIT-Forschungszentrum am Campus Nord. Unser Tag war dabei in einen theoretischen und einen praktischen Teil gegliedert. Im Theorie-Teil haben wir uns mit zwei Fragen beschäftigt: Warum fliegen Flugzeuge überhaupt? Und wie bleiben sie stabil in der Luft?
Bei der ersten Frage sind verschiedene physikalische Effekte relevant – wir haben vor allem den Coanda-Effekt betrachtet (Strömungen folgen der Oberfläche eines Objekts und passen entsprechend ihre Fließrichtung an) und den Bernoulli-Effekt (der Druck in einer Strömung ist umso niedriger, je höher die Strömungsgeschwindigkeit ist). Beide zusammen münden im sogenannten Magnus-Effekt, der die Kraft beschreibt, die ein Objekt in einer Strömung erfährt. Im Detail waren diese Effekte sehr kompliziert, vereinfacht gesagt ist es vor diesem Hintergrund bei Flugzeugen aber so, dass die Luft die Tragflächen an der Oberseite schneller passiert als an der Unterseite, so dass an der Oberseite der Tragflächen ein Unterdruck entsteht (weil die Strömungsgeschwindigkeit dort höher ist) – und die so entstehende Kraft, auch „Auftriebskraft“ genannt, führt letztlich dazu, dass Flugzeuge fliegen können. Daran anknüpfend schauten wir uns im Rahmen der zweiten Frage an, wie Flugzeuge stabil in der Luft bleiben. Hier ging es hauptsächlich um „Aerodynamik“ und entsprechend Aspekte wie die Leitwerke, die Winglets, die Tragflächen oder auch den „Schwerpunkt“ eines Flugzeugs. So werden beispielsweise Verkehrsflugzeuge so konstruiert, dass ihr Schwerpunkt etwas vor ihrem Auftriebspunkt und damit den Tragflächen liegt; bei Kampfjets wiederum ist dies anders (dort liegt der Schwerpunkt exakt unter den Tragflächen). Auf Basis all dieser theoretischen Überlegungen ging es mit dem Praxis-Teil weiter: Wir konstruierten selbst Flugzeuge aus Balsa-Holz und Styropor. Jede Schülerin und jeder Schüler erstellte dazu ein Konzept (Bleistift und Geodreieck halfen dabei), das dann mit Hilfe verschiedener Arbeitsmittel umgesetzt wurde – es gab zum Beispiel Scheren, Cutter-Messer, Holz-Kleber, Kunststoff-Kleber, Knetmasse, Wolle oder Röhrchen. Dabei entstanden sehr verschiedene „Flugzeug-Typen“, die immer wieder getestet und danach verbessert wurden – weil etwa der Schwerpunkt noch nicht exakt gesetzt war oder die Tragflächen zu einem leichten „Links-Drall“ führten. Am Ende hatten wir etliche gute Flugzeuge gebaut und es war ein schönes Gefühl, intensiv daran getüftelt zu haben und schließlich beim „finalen Flug“ zu sehen, dass das eigene Flugzeug jetzt tatsächlich lange, stabil und geradeaus fliegt. Kurzum: Unser Tag am Forschungszentrum war eine Mischung aus komplexer Theorie und praktischem Handwerk. Herzlichen Dank an dieser Stelle an Frau Dr. Heike Puzicha-Martz und ihr Team für diesen „Flugzeug-Tag“ und die individuelle Betreuung! Wer noch etwas mehr rund um diese AG erfahren möchte, hier geht’s zur → AG-Webseite.
