Wie bleibt ein Flugzeug in der Luft?

Auf jedes Flugzeug im Flug wirken dieselben vier Kräfte. Das Gewicht zieht es zum Boden. Der Auftrieb, den die Tragflächen erzeugen, während sie sich durch die Luft bewegen, wirkt nach oben und wirkt dem Gewicht entgegen. Der Schub von Propellern oder Strahltriebwerken treibt das Flugzeug vorwärts, und der Luftwiderstand wirkt dem entgegen. Fliegt das Flugzeug mit konstanter Höhe und Geschwindigkeit, heben sich diese Kräfte exakt auf: Auftrieb entspricht dem Gewicht, Schub entspricht dem Widerstand. Es gibt keine resultierende Kraft, weshalb das Flugzeug nach Newtons erstem Gesetz einfach das fortsetzt, was es bereits tut – geradeaus und waagerecht fliegen. Es wird von nichts Exotischem gehalten, es befindet sich schlicht im Gleichgewicht.

Dieses Gleichgewicht stellt sich nicht von selbst ein, und ein großer Teil der Aufgabe eines Piloten – oder eines Autopiloten – besteht darin, es aufrechtzuerhalten. Der Auftrieb hängt stark von der Fluggeschwindigkeit und vom Anströmwinkel der Tragfläche ab. Wird das Flugzeug langsamer, sinkt der Auftrieb unter das Gewicht, und es beginnt zu sinken; der Pilot gleicht dies aus, indem er die Nase etwas anhebt, den Anstellwinkel erhöht oder die Leistung steigert. Da während eines langen Fluges Treibstoff verbraucht wird, wird das Flugzeug leichter und benötigt daher etwas weniger Auftrieb. Verkehrsflugzeuge steigen deshalb typischerweise stufenweise in dünnere Luft, wo die Tragfläche bei gleicher Geschwindigkeit genau den jetzt benötigten Auftrieb erzeugt. Trimmruder und Stabilisatoreinstellungen erlauben es der Besatzung, das Gleichgewicht zu halten, ohne ständig an den Steuerorganen eingreifen zu müssen.

Wer dieses Gleichgewicht versteht, versteht auch, was passiert, wenn es gestört wird. Fallen die Triebwerke aus, verschwindet der Schub, nicht aber der Auftrieb: Das Flugzeug tauscht Höhe gegen Geschwindigkeit und gleitet, bei einem modernen Verkehrsflugzeug typischerweise rund 15 km Strecke pro Kilometer Höhenverlust – deshalb sind Triebwerksausfälle in der Regel überlebbar. Zieht der Pilot die Nase bei geringer Geschwindigkeit zu weit hoch, reißt die Strömung an der Tragfläche ab und der Auftrieb bricht in einem Strömungsabriss zusammen; die Erholung besteht darin, die Nase zu senken und wieder Geschwindigkeit aufzunehmen, damit die Tragfläche wieder wirken kann. In einer Kurve wird ein Teil des Auftriebs seitlich geneigt, um die Richtung zu ändern, sodass die Tragfläche insgesamt mehr Auftrieb erzeugen muss als im Horizontalflug, was der Pilot als erhöhte g-Belastung spürt. In jedem Fall bleibt das Flugzeug nur so lange in der Luft, wie sich die vier Kräfte wieder ins Gleichgewicht bringen lassen.