Wirbelschleppen - Wotan's wilde Himmelsreiter

[Thermikus]

Sitzt man man gemütlich auf der Bank einige hundert Meter seitlich vor der Piste 14 am Flughafen Zürich in der Abendsonne, kann es plötzlich ungemütlich werden. Kaum ist ein Jet im Landeanflug in geringer Höhe vorbeigebraust, ist auch schon der Teufel los.

 

Ein Zischen und Rauschen ertönt, das sich zu Tönen wie von kraftvollem Peitschenknallen steigern kann. Wotan - die wilde Sagengestalt scheint mit seinen immaginären Reiterhorden durch die Lüfte zu brausen und sogar die Wipfel der kleinen Bäume hinter der beschaulichen Bank zu zerzausen.

 

Mancher Zuschauer richtet ratlos und erschrocken den Blick gegen oben und fragt sich, was da wohl in Gange sei. Irgendwie wird schon vermutet, dass das Fetzen in der Luft mit dem soeben gelandeten Flieger zu tun hat, aber was Genaues weiss man nicht.

 

Was da so wüste Geräusche verursacht, nennt sich Wirbelschleppe. Damit können viele aber auch nichts anfangen - also wollen wir das etwas näher erklären:

 

Damit ein Flugzeug fliegt, braucht es Auftrieb. Und dieser Auftrieb wird durch die Wölbung seiner Tragflächen erzeugt, die auf der Oberseite erheblich stärker ausgeprägt ist, als an deren Unterseite. Wenn die Luft während des Fluges an der Tragflächenvorderkante auftrifft, geht sie getrennte Wege. Der eine Teil des Luftstromes streicht über die Oberseite der Flügel, der andere Teil an der Unterseite der Flügel entlang nach hinten. An den Flügelhinterkanten vereinigen sich die beiden Luftströmungen wieder. Der obere Teil des Luftstromes muss dabei durch die grössere Wölbung der Tragflächen den längeren Weg zurücklegen als der untere Luftstrom und kommt daher später hinten an als der letztere. Dies erzeugt einen Unterdruck - sprich Sog. Diese Sogwirkung liefert den entscheidenden Teil des Auftriebes, nämlich rund zwei Drittel des Gesamtauftriebes. Ein Drittel des Gesamtauftriebes kommt vom unteren Luftstrom durch dessen Druckwirkung. Ein Flugzeug wird also nicht von der Luft getragen, sondern buchstäblich in die Luft gesaugt - so eigenartig das klingt.

 

Die beiden Auftriebselemente Unterdruck über und Ueberdruck unter den Flügeln wollen sich ständig ausgleichen, können das aber nicht, da die Tragflächen diesem Druckausgleich immer im Wege stehen. Erst am Ende der Tragflächen kann sich Ueberdruck und Unterdruck plötzlich ausgleichen und es bildet sich ein energiereicher, sich nach hinten fortpflanzender kreisenden Wirbelzopf. Dieser Wirbelzopf ist nichts anderes, als ein Mini-Tornado, der hinter dem Airliner herzieht und ein nachfolgendes kleineres Flugzeug ohne weiteres um die Längsachse auf den Rücken drehen kann.

 

Dieser Wirbelzopf hat noch eine weitere, sehr unangenehme Eigenschaft - er erzeugt erheblichen Luftwiderstand und kostet dadurch kostspieligen Treibstoff. Bei modernen Flugzeugen werden daher die Tragflächen heute in vielen Fällen mit so genannten "Ohren" versehen. Kleine vertikale Flügelchen am Ende der Tragflächen, die wie eine Barriere gegen diese Wirbelbildung wirken, sie aber nicht ganz verhindern können.

 

Man hat diese aerodynamische Hilfe den Raubvögeln abgekupfert, die im Segelflug ihre Federn an den Flügelenden spreizen, unnötig bremsende Wirbel damit verhindern und so Energie einsparen.

 

Zurück zu den unheimlichen Geräuschen. Diese kommen von den rotierenden Wirbelschleppen hinter den landenden Flugzeugen, welche mit brachialer Gewalt auf die ruhende Umgebungsluft treffen. Je schwerer und schneller dabei ein Flugzeug ist bzw. anfliegt, desto ausgeprägter ist seine Wirbelschleppe.

 

Dietwolf (Thermikus):002:

[Walter Fischer]

Hallo Dietwolf; Du bist etwas spät dran mit Deinen Ausführungen:rolleyes:

 

http://www.flightforum.ch/forum/showthread.php?t=139

 

Bin ganz stolz auf das Datum meines ersten Postings:cool:

 

Gruss und nüüt für uuguet, gäll :008:

[Markus Burkhard]

Der obere Teil des Luftstromes muss dabei durch die grössere Wölbung der Tragflächen den längeren Weg zurücklegen als der untere Luftstrom und kommt daher später hinten an als der letztere.

Hallo Dietwolf,

 

wie Walti bereits erwähnt hast bist zu etwas spät, aber das ist ja nicht weiter schlimm. Jedoch ist deine Erklärung auch nicht ganz korrekt.

Die Luft auf der Oberseite des Flügels kommt nicht "später hinten an"!

Es ist viel mehr so, dass die Luft oberhalb des Flügels SCHNELLER fliesst und DAS erzeugt dann auch Unterdruck.

 

Aber eben, bezüglich Auftrieb und Lektüre findet man im Forum eigentlich tonnenweise Material.

 

Gruess

Markus

[Hägar]

Je (..)schneller dabei ein Flugzeug anfliegt, desto ausgeprägter ist seine Wirbelschleppe.

 

Sorry, aber das ist genau verkehrt; je langsamer, desto stärker die Schleppen.

 

 

Gruss

 

Ruedi

[Thermikus]

Hallo Dietwolf,

 

wie Walti bereits erwähnt hast bist zu etwas spät, aber das ist ja nicht weiter schlimm. Jedoch ist deine Erklärung auch nicht ganz korrekt.

Die Luft auf der Oberseite des Flügels kommt nicht "später hinten an"!

Es ist viel mehr so, dass die Luft oberhalb des Flügels SCHNELLER fliesst und DAS erzeugt dann auch Unterdruck.

 

Aber eben, bezüglich Auftrieb und Lektüre findet man im Forum eigentlich tonnenweise Material.

 

Gruess

Markus

 

 

Ja, Markus, Du hast völlig recht. Das war ein Blackout meinerseits. Die oberen Luftteilchen müssen tatsächlich schneller fliessen, damit sie sich mit ihren Kollegen unter der Tragfläche an der Hinterkante g l e i c h z e i t i g treffen können. Und genau das erzeugt den Unterdruck. Sorry für die Fehlschaltung!

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):confused:

[Thermikus]

Sorry, aber das ist genau verkehrt; je langsamer, desto stärker die Schleppen.

 

 

Gruss

 

Ruedi

 

 

Ja, da hätte ich vielleicht den Vergleich vom Propellerflugzeug (Kolben- und Turboprop) zum Jet ziehen sollen, dann wäre das mit der Geschwindigkeit klarer herausgekommen.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):eek:

[Thermikus]

Hallo Dietwolf; Du bist etwas spät dran mit Deinen Ausführungen:rolleyes:

 

http://www.flightforum.ch/forum/showthread.php?t=139

 

Bin ganz stolz auf das Datum meines ersten Postings:cool:

 

Gruss und nüüt für uuguet, gäll :008:

 

 

Macht nichts, Walti, die anderen Beiträge sind bereits aus dem Jahr 2001. Und doppelt genäht hält besser.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus);)

[FalconJockey]

Hallo Thermowolf,

 

damit sie sich mit ihren Kollegen unter der Tragfläche an der Hinterkante g l e i c h z e i t i g treffen können. Und genau das erzeugt den Unterdruck

 

auch das ist nicht korrekt. Das ist die alte Schule, in der modernen Wissenschaft weiss man, dass die Teilchen eben NICHT gemeinsam an der Flügelhinterkante ankommen - woher sollte auch das Teilchen A wissen wann und wo das Teilchen B hinten ankommt. Also bitte gleich aus dem Kopf streichen!

 

Auftrieb wird mehrheitlich durch Actio-Reactio erzeugt, hier eine wissenschaftliche Erklärung nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft: How Airplanes Fly.

[FalconJockey]

Dietwolf,

 

Beitrag nicht gesehen? Du schreibst doch sonst so gerne ;)

[P.Gerber]

Sehr gut zu hören jedesmal beim "Jumbolino" an der 28 in Zürich.

[Volume]

Je (..)schneller dabei ein Flugzeug anfliegt, desto ausgeprägter ist seine Wirbelschleppe.

 

Sorry, aber das ist genau verkehrt; je langsamer, desto stärker die Schleppen

 

Eigentlich ist es ganz einfach, um obenzubleiben braucht es eine Auftriebskraft, die dem Gewicht entspricht.

Der Impulssatz für strömende Medien sagt nun, das ich um eine Kraft zu erzeugen, jede Sekunde eine Luftmasse nach unten beschleunigen muß, das Produkt aus Abwärtsgeschwindigkeit und Luftmassenstrom muß dem Flugzeuggewicht entsprechen. Natürlich kann das Flugzeug nur im Bereich seiner Flügel Luft nach unten beschleunigen, je größer also die Spannweite (bei gleichem Gewicht), desto weniger Abwärtsgeschwindigkeit. Je mehr Luft ich pro Sekunde erfasse (sprich, je schneller ich fliege), desto geringer die notwendige Abwärtsgeschwindigkeit.

An der Grenze zwischen abwärtsbewegter (sprich vom Flügel erfasster) und ruhender Luft, bildet sich der Randwirbel. Ausserdem muß die nach unten beschleunigte Luft ja irgendwohin (es liegt unten ja schon Luft rum, also unten die Ausweichbewegung nach aussen. Oben muß die Luft wieder ergänzt werden, die wegbeschleunigt wurde, also die Ansaugbewegung nach innen. Das ergibt zusammen den schönen runden Wirbel.

 

woher sollte auch das Teilchen A wissen wann und wo das Teilchen B hinten ankommt

Nehmen wir mal an, Teilchen A (oben) käme später an der Endleiste an, als Teilchen B (unten), dann würden hinter dem Flugzeug oberhalb des Flugzeugs Teilchen fehlen, sprich dort wäre ein Unterdruck. Wenn nun aber oberhalb des Flugzeugs vorne mehr Druck herrscht, als hinten, dann wird die Luft vom Druckgradienten solange beschleunigt, bis es keinen Druckgradienten mehr gibt, sprich Teilchen A doch wieder neben Teilchen B ankommt. Das Teilchen "weiss" es also durch den Druckunterscheied vor und hinter dem Flugzeug. Wenn kein Druckunterschied, dann hat es die richtige Geschwindigkeit, wenn nicht lässt es sich halt vom Druckgradienten beschleunigen.

 

Mal ganz abgesehen davon, daß einige Leute es für unlogisch halten, daß die Teilchen gleichzeitig ankommen, wieso finden es die selben Leute absolut logisch und nachvollziehbar, daß das Teilchen mit dem längeren Weg immer früher an der Endleiste ankommt, genau das zeigt die Potentialtheorie nämlich !

Betrachtet man jedoch nicht nur das Profil selbst, sondern die ganze vom Profil beeinflusste Strömung auch vor und hinter dem Flügel, dann liegen die Teilchen A und B, die bevor das böse Flugzeug sie unsanft teilte noch einträchtig beieinanderlagen, auch nachdem das Flugzeug weit weg ist wieder in Frieden und Freiheit wiedervereinigt beieinander.

 

Gruß

Ralf

[Diuhh]

Hallo zusammen

 

Finde gut das er es gebracht hat.

 

Denke viele (s.B. ich) sind erst dadurch auf das Theam gekomme.

Manchmal ist eine Wiederholung des Themas gar nicht so schlecht wie viele meinen,,,,

 

Gruss Till

[Thermikus]

Dietwolf,

 

Beitrag nicht gesehen? Du schreibst doch sonst so gerne ;)

 

 

Also - sagen wir es einmal so: Ich bin Treuhänder und nicht Aerodynamiker. Und ich lasse mich hier gerne belehren, wenn ich etwas geschrieben haben sollte, was nicht den letzten Finessen der Strömungslehre entspicht.

 

Immerhin haben meine aerodynamischen Kenntnisse so weit gereicht, dass ich in 45 Jahren nicht heruntergefallen bin. Und das ist doch immerhin schon etwas.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):cool:

[FalconJockey]

@Ralf: Danke für Deine Ausführungen speziell was das Thema "Teilchen A findet Teilchen B" angeht. Ich habe einfach gelernt, dass im Prinzip die Strömung um den Flügel herumrotiert, es also auch teilweise entgegengesetzte Bewegungen auf der Unterseite geben kann. Wichtig ist darum vorallem die Beschaffenheit der Flügeloberseite (speziell bzgl. Verunreinigungen durch Eis/Schnee etc.).

Aber eben, wieder was gelernt, man lernt nie aus! Danke für die Erläuterungen!

 

 

@Thermikus: Naja, erst selbstsicher von den Wirbelschleppen schreiben, als ob das Dein Spezialthema wäre und dann nach Korrekturen, vorallem durch mich bösen Airliner, herausreden, dass Du kein Aerodynamiker seist. Ja was nun? Entweder selbstsicher und fachkundig schreiben oder gar nicht in die Tiefe des Themas einsteigen. Am Ende glaubt Dir sonst noch jemand :D (nicht ganz ernst gemeint).

 

Wie Du siehst war ich auch nicht ganz auf dem neuesten Stand des Wissens, wie uns Ralf aufgezeigt hat. Allerdings existieren nach meinen doch bescheidenen Kenntnissen der Aerodynamik immer noch mehrere Theorien über die Details, denn ganz scheint ja doch nicht geklärt zu sein was nun wirklich passiert. Auch da mag ich mich irren, Ralf? Noch geht es doch um Theorien, denn ist schon unwahrscheinlich, dass "...dann liegen die Teilchen A und B, die bevor das böse Flugzeug sie unsanft teilte noch einträchtig beieinanderlagen, auch nachdem das Flugzeug weit weg ist wieder in Frieden und Freiheit wiedervereinigt beieinander...". Finde ich zumindest ;)

[Wilko Wiedemann]

Naja, ob die allgemeine Überdruck/Unterdrucktheorie mit der beschleunigten Luft über dem Flügel nun korrekt ist, oder nur teilweise richtig, spielt im Grunde genommen gar keine Rolle. Der Mensch konstruiert damit seit über 100 Jahren erfolgreich Flugzeuge ;)

 

Gruss

 

Wilko

[Thermikus]

@Ralf: Danke für Deine Ausführungen speziell was das Thema "Teilchen A findet Teilchen B" angeht. Ich habe einfach gelernt, dass im Prinzip die Strömung um den Flügel herumrotiert, es also auch teilweise entgegengesetzte Bewegungen auf der Unterseite geben kann. Wichtig ist darum vorallem die Beschaffenheit der Flügeloberseite (speziell bzgl. Verunreinigungen durch Eis/Schnee etc.).

Aber eben, wieder was gelernt, man lernt nie aus! Danke für die Erläuterungen!

 

 

@Thermikus: Naja, erst selbstsicher von den Wirbelschleppen schreiben, als ob das Dein Spezialthema wäre und dann nach Korrekturen, vorallem durch mich bösen Airliner, herausreden, dass Du kein Aerodynamiker seist. Ja was nun? Entweder selbstsicher und fachkundig schreiben oder gar nicht in die Tiefe des Themas einsteigen. Am Ende glaubt Dir sonst noch jemand :D (nicht ganz ernst gemeint).

 

Wie Du siehst war ich auch nicht ganz auf dem neuesten Stand des Wissens, wie uns Ralf aufgezeigt hat. Allerdings existieren nach meinen doch bescheidenen Kenntnissen der Aerodynamik immer noch mehrere Theorien über die Details, denn ganz scheint ja doch nicht geklärt zu sein was nun wirklich passiert. Auch da mag ich mich irren, Ralf? Noch geht es doch um Theorien, denn ist schon unwahrscheinlich, dass "...dann liegen die Teilchen A und B, die bevor das böse Flugzeug sie unsanft teilte noch einträchtig beieinanderlagen, auch nachdem das Flugzeug weit weg ist wieder in Frieden und Freiheit wiedervereinigt beieinander...". Finde ich zumindest ;)

 

 

Die Aerodynamik hatte vor Jahren das deutsche "Fliegermagazin" anlässlich eines 1. April zum Thema gemacht und viele Leser (auch Piloten) ordentlich aufs Kreuz gelegt:

 

Die schrieben in einem seriös aufgemachten Artikel, sogar mit (manipuliertem) Foto, dass während des Fluges auf den Tragflächenoberseiten von Kleinflugzeugen immer wieder so genannte "Gremlins" auftauchen würden. Diese wurmähnlichen Raupen würden sich in der "Grenzschicht" einnisten, sich dort ausserordentlich wohl fühlen, aber die Strömung empfindlich stören und so die Flugeigenschaften sehr nachteilig beeinflussen. Es wurde dann noch der Ratschlag erteilt, auf diese Plagegeister besonders zu achten.

 

Wie die nachfolgenden Leserbriefe zeigten, hatten diesen Unsinn sogar viele für bare Münze gehalten.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):D :D :D

[Johannes Müller]

Gibt es eigentlich eine Möglichkeit, das ganze im Flugsimulator zu simulieren?

 

Gruss

Johannes

[DNovet]

Johannes,

 

Kurz und schnell simulieren geht leider nicht, da im Flusi nach wie vor (zumindest in der 2004er-Version) keine Flügel im eigentlichen Sinn vorhanden sind, sondern nur ein Referenzpunkt, welcher durch die Landschaft kachelt und durch die Parameter - welche in der aircraft.cfg und [model].air definiert sind und eigentlich nix anderes als die Auftriebs-Polare definieren, welche durchaus dynamisch und in Anhängigkeit von Paramtern gestaucht, gestretched und verschoben wird - bewegt wird.

 

Es wäre theopraktisch möglich, wenn du ein Modul bauen würdest, welches dann von anderen Flugzeugen (AI-Traffic oder Multiplayer) die Flugbahnen speichert und dann, wenn dein Referenzpunkt im Bereich einer "veralteten Flugbahn" liegt, gewisse Effekte auf dein Rerefenzpunkt ausübt.

Es gibt mittlerweile schon softwaren, dies dies tun können, aber inwiefern dieser Effekt der Realität gleicht, kann ich nicht eruieren.

Der Effekt, resp die Reaktion mag durchaus Realistisch simulierbar sein (durch entsprechende Wahl der Parameter, welche dann je nach Flugzeugtyp beim "Täter" wie auch beim "Opfer" der turbs auch wieder verschieden sein sollten...), aber die Ursache dafür ist nicht die Aerodynamik, sondern mathematisch festgelegte Parameter.

 

Anders säh's wohl im XPlane aus, aber da ich dort nicht versiert bin, möchte ich mich nicht darüber auslassen.

 

Vielleicht der FS10?

 

In meinen Augen unwahrscheinlich, aber wie's die Bayern sagen:

Schaun ma mal, dann sehn ma ja, was kommt... :)

 

Liebe Grüsse vom Dani, Tech-advisor von Sibwings... :)