Warum sind Flügel für den Flug nützlich?

Ein Flügel ist eine Fläche, die dazu entworfen ist, Luft abzulenken. Sein Profil, oben gewölbt mit nach unten geneigter Hinterkante, zwingt die darüber strömende Luft, ihre Richtung zu ändern und nach unten abzuströmen. Nach Newtons drittem Gesetz gilt: Wenn der Flügel die Luft nach unten drückt, drückt die Luft den Flügel nach oben. Aus Sicht des Drucks beschleunigt die Luft über der oberen Fläche und verlangsamt sich unter der unteren, sodass der Druck über dem Flügel geringer ist als darunter: Dieser Unterschied, über die gesamte Fläche integriert, ist der Auftrieb. Beide Beschreibungen sind dieselbe Physik, nur aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet.

Der Auftrieb wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, mit der Flügelfläche und mit dem Anstellwinkel. Ein Verkehrsflugzeug erzeugt mit seinen Flügeln eine Kraft, die seinem eigenen Gewicht entspricht, im Austausch für einen Widerstand, der nur einen Bruchteil davon ausmacht: Die Gleitzahl eines Verkehrsjets liegt bei etwa 17 zu 1, die eines Segelflugzeugs übersteigt 50 zu 1. Das bedeutet, dass die Triebwerke nur einen Schub liefern müssen, der einem kleinen Teil des Gewichts entspricht. Eine Rakete, die keine Flügel hat, muss ihr gesamtes Gewicht mit direktem Schub überwinden und verbraucht Treibstoff in einer deutlich höheren Rate.

Lange, schmale Flügel, wie bei einem Segelflugzeug, erzeugen Auftrieb mit wenig induziertem Widerstand, sind aber schwer und schwer zu manövrieren. Kurze, gepfeilte Flügel, wie bei einem Jagdflugzeug, beeinträchtigen die Effizienz bei niedriger Geschwindigkeit, erlauben aber schnelles Fliegen. Verkehrsflugzeuge streben einen Ausgleich an mit mäßiger Pfeilung, hohem Streckungsverhältnis und Hochauftriebshilfen, Landeklappen und Vorflügeln, die Wölbung und Fläche erhöhen, wenn es nötig ist, mit niedriger Geschwindigkeit zu starten und zu landen.