Wie fliegt ein Flugzeug?

Der Flug beginnt mit dem Flügel. Sein Querschnitt, das Tragflächenprofil, ist oben gewölbt und steht in einem leichten Winkel zur anströmenden Luft. Während sich das Flugzeug nach vorne bewegt, lenkt der Flügel den Luftstrom nach unten ab, und gleichzeitig beschleunigt sich die Luft über der Oberseite, wodurch ihr Druck sinkt. Der höhere Druck darunter und der niedrigere Druck darüber erzeugen eine resultierende Kraft nach oben: den Auftrieb. Je schneller sich der Flügel bewegt, desto mehr Auftrieb erzeugt er, proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit. Deshalb muss ein Flugzeug auf einer Startbahn beschleunigen, bevor es abheben kann, und deshalb kann es mehr Last tragen, wenn es schnell in dichter, kalter Luft fliegt, als wenn es langsam oder in dünner Luft fliegt.

Der Flügel funktioniert nur, wenn etwas ihn in Bewegung hält, und das ist die Aufgabe der Triebwerke. Ein Propeller beschleunigt eine breite Luftsäule nach hinten; ein Turbofan macht dasselbe mit einem großen Fan und fügt einen heißen Abgasstrahl hinzu. In beiden Fällen treibt die Reaktion auf das nach hinten geschobene Luftvolumen das Flugzeug nach vorne. Der Schub muss den Widerstand überwinden, der aus der Reibung der Luft über den Oberflächen, dem Druck der verdrängten Luft und den Kosten der Auftriebserzeugung selbst entsteht. Sobald der Schub den Widerstand übersteigt, beschleunigt das Flugzeug; sobald beide gleich sind, hält es eine konstante Geschwindigkeit.

Ein Flugzeug wird gesteuert, indem der Luftstrom geformt wird, statt sich gegen etwas Festes abzustützen. Angelenkte Querruder nahe den Flügelenden bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen, um das Flugzeug zu rollen und in eine Kurve zu legen. Das Höhenruder am Leitwerk neigt die Nase nach oben oder unten und verändert so den Anstellwinkel des Flügels und damit seinen Auftrieb. Das Seitenruder am Seitenleitwerk giert die Nase nach links oder rechts und hält Kurven koordiniert. Landeklappen fahren aus der Hinterkante aus, um bei niedriger Geschwindigkeit für Start und Landung zusätzlichen Auftrieb zu erzeugen, und Störklappen fahren aus dem Flügel aus, um den Auftrieb abzubauen und das Flugzeug am Boden abzubremsen.

Ein Flug verbindet diese Elemente. Auf der Startbahn laufen die Triebwerke auf volle Leistung hoch, und das Flugzeug beschleunigt, bis die Flügel es abheben lassen können, typischerweise bei 250 bis 300 km/h für ein Verkehrsflugzeug. Beim Steigen hält der Pilot eine leicht angehobene Fluglage, damit der Auftrieb das Gewicht übersteigt. Im Reiseflug stellt sich alles im Gleichgewicht ein. Im Anflug fahren die Klappen aus, die Leistung wird reduziert, und das Flugzeug sinkt entlang eines flachen Pfades, setzt mit der niedrigsten sicheren Geschwindigkeit auf, bevor Bremsen, Störklappen und Schubumkehr es zum Stillstand bringen.