Flügel und Auftrieb

[Mike Rider]

Hallo zusammen

 

ich habe mir schon ein paarmal eine, vielleicht ungewöhnliche, Frage gestellt betreffend den Flügeln von Flugzeugen (hauptsächlich Airlinern).

 

Es ist doch so, dass der Auftrieb zu ca. 2/3 durch den "Sog nach oben" aufgrund des Unterdrucks an der Flügeloberseite und zu ca. 1/3 durch "Druck" resp. "Anblasen" des Fahrtwindes erzeugt wird (hab ich in irgend nem Buch so gelesen und gehe mal davon aus, dass das stimmt.)

 

Der auftrieb ist doch wohl sicher auch Abhängig von der Fläche des Flügels, oder? Gesetz dies sei der Fall, könnte man nicht bessere Auftriebskoeffizienten erreichen, indem man die Flügelfläche erhöhen würde, z.B. wenn sie insgesamt breiter werden würden (Breite an der Flügelwurzel = "Der Teil des Flügels, der am Rumpf anliegt" - sorry, mir fällt gerade keine bessere Beschreibung ein :) ) an Wurzel und Wing-Tip? Oder gleichen Auftrieb, allerdings mit weniger langen Flügeln erreichen (Paradebeispiel wäre meines Erachtens der A380, da der ja für viele Airports eine zu grosse Spannweite hat)?

 

Was meint Ihr dazu?

 

Grüsse

Michel, der mal wieder zuviel Zeit zum Nachdenken hat :)

[markzw]

Hallo Michael

 

Bezüglich Airbus A380 kann ich volgendes sagen.

Die Flughäfen haben ein sogennanter 80 Meter raster eingeplant. Dass heisst, ein Flugzeug sollte nicht Länger und Breiter als 80m sein damit es noch ans Gate passt. Der A380 hat eine Spannweite von knapp unter 80 Meter und ist auch nicht länger als 80Meter.

 

Der Auftrieb ist abhängig von der Flügelfläche, von der Spannweite, vom Flügelprofil und bestimmt noch von vielen anderen Faktoren. Denn je grösser die Flügelfläche, umso grösser wird der Unterdruck auf der Oberseite und der überdruck auf der Unterseite.

Die Winglets des A380 ruduziert den Druckausgleich an der Flügelspitze zwischen Über- und Unterdruck. Dies hat der Vorteil, dass der Auftrieb verbessert wird, die Flügelspannweite kann kleiner sein und der Treibstoffverbrauch wird auch um einiges geringer und somit sollte auch der Luftwiderstand geringer sein.

Es könnte sogar sein, dass die Wake turbulence reduziert werden. (Da bin ich mir nicht so sicher).

 

 

Gruss Markus

[Volume]

Hallo Michael,

 

du stellst hier Fragen, für deren Beantwortung sich ein Aerodynamikprofessor wohl ein ganzes Semester einplanen würde, um sie seinen Studenten zu beantworten.

 

Ich will mal versuchen, ganz kurz die wesentlichen Aspekte anzusprechen.

 

Die Aussage mit dem 1/3 Auftrieb durch Druck an der Unterseite und 2/3 Auftrieb durch Sog an der Oberseite ist erstens absolut vereinfacht (als ob man sagen würde, an einem 24 Stunden-Tag ist es die Hälfte der Zeit dunkel), und außerdem völliger Unfug. Schade, daß man diese Aussage bei der Theorieprüfung für den Flugschein immer noch machen muß, um zu bestehen.

Die Verteilung ist abhängig vom Profil, und vom Anstellwinkel bzw. dem davon abhängigen Auftriebsbeiwert. Das erste beste Beispiel, das mir einfällt kanst du bei Airbus FAST nachschauen, da ist eine Druckverteilung vom A310-Profil drin. Nahe der Nasenleiste und auf dem hinteren 1/4 der Unterseite herrscht in der Tat überdruck, dazwischen aber Unterdruck, so daß im Mittel auf der Unterseite leichter Sog herrscht.

Die Oberseite trägt daher im Reiseflug MEHR ALS 100% des Flugzeugs!

 

Auftrieb ist nämlich immer nur die eine Seite der Medaille, Widerstand ist die andere. Daher macht es u.U. Sinn auf etwas Auftrieb (Auftriebsbeiwert natürlich, denn der Auftrieb ist natürlich immer gleich dem Flugzeuggewicht und damit nicht frei wählbar) zu verzichten, wenn es eine überproportionale Einsparung beim Widerstand ermöglicht. Daher setzt man heutzutage keine Hochauftriebsprofile ein, die mit ihrer sehr starken Wölbung tatsächlich Überdruck auf der Unterseite und damit insgesamt sehr viel Auftrieb produzieren, sondern Transsonische Profile die zwar viel weniger Auftriebsbeiwert erzeugen können, dafür aber noch viel weniger Widerstand bei großen Machzahlen (über 0.8) erzeugen.

 

Wenn ich einen Flügel mit geringem Widerstand bauen möchte, spricht zunächst sehr viel dafür, die Spannweite groß zu wählen. Dies reduziert den induzierten Widerstand beträchtlich. (Allein die Streckung zu erhöhen, also bei konstanter Spannweite die Flügeltiefe zu reduzieren ERHÖHT übrigens entgegen der landläufigen Meinung den indizierten Widerstand, da es im gleichen Maße das Ca erhöht, wie die Streckung, und der Induzierte Widerstand ist proportional zu Ca²/Streckung, damit STEIGT der induzierte Widerstand proportional mit der Streckungserhöhung, da die Ca-Erhöhung quadratisch eingeht).

Große Spannweite bedeutet aber erstens erhöhte Strukturmasse, also auch erhöhten Auftriebsbedarf, andererseits auch verminderte Steifigkeit, und damit eine starke Flügelverwindung im Schnellflug, was die Auftriebsverteilung und damit den Widerstand negativ beeinflußt.

In der Praxis ergibt sich daher für die gewählte Aufgabe irgendeine Widerstandsoptimale Kombination aus Spannweite und Flügeltiefe, die weit über das hinausgeht was mit einfachen Überlegungen nachvollziehbar wäre.

 

Auch die Wahl der Pfeilung und Zuspitzung erfolgt nicht ausschließlich aus aerodynamischen Gesichtspunkten, da kommen auch Dinge ins Spiel wie Strukturgewicht, Erreichbarkeit der Passagier- und Frachtraumtüren, Tankvolumen, Einbauraum für Systeme, Platz und Anschlußmöglichkeit für das Fahrwerk etc.

 

Gruß

Ralf

[Jérôme Röthlisberger]

HALLO

kleine frage

 

ich hab bei der JU52 gesehen das sogar die flügel in Wellblech bemacht wurden. hat das ein forteil für den auftrieb ? ich meine würde man den flügel strecken so das er nicht mer wellig ist so hätte man eine enorme spannweite. ist das wirklich so?

 

Greets

[Sepp Grünauer]

Interessante Frage.

 

Ich glaube nicht , daß man die größere Oberfläche eine Auswirkung im Sinne Deiner Frage hat. Die Wellung wird wahrscheinlich mehr Auftrieb erzeugen der aber nicht normal auf die Fläche, sondern normal zur Wellung steht und sich somit gegenseitig zu einem guten Teil aufhebt.

 

Ein positiver Effekt könnte sein, daß die Wellung wie ein Grenzschichtzaun wirkt und die ungewollte laterale Strömung am Flügel vermindert und somit auch zur Reduktion von Wirbelzöpfen führt.

 

Gruß Sepp