Auftrieb

[Vampire]

Hallo zusammen

Kann mir jemand im Detail erklären, wie das beim Start mit dem Auftrieb funktioniert? (mit statischem und dynamischem Druck) Habe mir ein Physikbuch zur Hilfe genommen, aber habe da jicht so den Durchblick...:-)

Besten Dank im Voraus

Roland

[MarkusP210]

Also Roland, ich will mal versuchen ob ich's noch auf die Reihe kriege:

 

Die Strömungslehre der Gase sagt, dass in einer laminaren Strömung (keine Verwirbelungen), verurscht durch die Bewegung des Gases, ein bestimmter Druck entsteht, welcher bei stehendem Gas nicht existiert: der dynamische Druck.

 

Dieselbe Strömungslehre besagt, wenn ich das Gas strömen lasse und es durch eine Verengung leite, so wird sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases an der Verengung erhöhen und der dynamische Druck wird sich verringern. Das Gleiche gilt, wenn ich umgekehrt das Gas durch eine Erweiterung lenke, die Strömungsgeschwindigkeit sinkt und der dynamische Druck nimmt zu.

 

Diese Eigenschaft macht man sich am Tragflügel zunutze. Von der Flügelnase her betrachtet ist der Weg den die Luft obenherum machen muss länger als derjenige untenherum (wenn der Flügel laminar umströmt ist). Aus dem Oben gesagten folgt: die Strömung oberhalb des Flügels bewegt sich schneller als diejenige unterhalb des Flügels was wiederum bewirkt, dass auf der Flügeloberseite ein Gebiet tieferen Drucks gegenüber der Flügelunterseite entsteht --> Der Flügel (und was daran befestigt ist) wird leichter als Luft (der Auftrieb entsteht); es fliegt.

 

Dies gilt nicht bur für den Start, sondern während des gesamten Fluges. Sobald die Strömungsgeschwindigkeit gross genug ist, sind auch die Druckverhältnisse entsprechend und es wird genügend Auftrieb erzeugt.

 

Die Geschichte mit dem tiefen Druck oben und dem höheren Druck unten hat auch ihre Nachteile:

An den Flügelenden entsteht während des Fluges ein Druckausgleich von der Unter- zur Oberseite --> Durch diese Bewegung der Luft entstehen die sog. Randwirbel (auch Wake Turbulence genannt) welche einerseits unheimlich gefährlich für nachfolgende Flugzeuge und andererseits als Wiederstand zur Vorwärtsbewegung des Flugzeuges wirken (sog. induzierter Wiederstand). Aus diesem Grund versieht man die Flügel mit nach oben gebogenen Enden, den sog. Winglets welche diesen Druckausgleich stark mindern.

 

So, ich hoffe ich hab's richtig rübergebracht...

 

Markus

[Marco Haas]

Hallo,

Wass mich interresieren würde ist:

 

Wie kann den ein Flugzeug auf dem Kofp fliegen? (Kunstflug)

 

gruss Marco

[Markus Burkhard]

Hallo Marco

 

Ja die meisten Leute denken sich, hey ein verkehrter Flügel produziert doch Auftrieb in die falsche Richtung.... stimmt, ja.

 

Aber wenn man nun bei diesem kopfüber stehenden Flügel den Anstellwinkel anhebt, so wird die Luftsrömung verändert und die Luft muss einmal mehr oben herum (in diesem Falle die Unterseite des Flügels) den längeren Weg zurücklegen.

 

Das heisst also ein Flugzeug kann nur dann Auftrieb haben im Rückenflug, wenn es einen entsprechenden Anstellwinkel...

 

Mit Zeichungen wäre dies deutlich besser zu erklären... ich hoffe du verstehst was ich meine?

 

Gruss Markus

[jollibee]

Hallo

 

Des weiteren hat ein Kustflugzeug oben und unten das selbe Profil.

[Vampire]

Herzlichen Dank, Markus!

Hatte so meine Probleme mit dem statischen UND dynamischen Druck. Anscheinend betrachtet man nur den dynamischen Druck...?!

Gruss, Roland

[TooLowFlap]

Bernulli (nicht Konfuzius :cool: ) sagt:

 

Gesamtdruck = statischer Druck + dynamischer Druck = konstant.

 

Pt = Ps + Pd mit Pd = rho/2 * v²

 

Wenn also die Geschwindigkeit der betrachteten Strömung an einer Stelle in einem geschlossenen System (keine Energiezufuhr!), so erhöhrt sich der dynamische Druck.

 

Das bedeutet aber auch, wenn der dynamische Druck irgendwo zunimmt, nimmt der statische im gleichen Verhältnis ab.

 

Uns wurde seinerzeit in der Theorie/Studium verklickert, dass die Aerodynamik (technische Strömungslehre im allgemeinen) noch ein Buch voller Rätsel ist. Man kann zwar viele Vorgänge anhand verschiedener Modelle beschreiben, eine 100% lückenlose Erklärung gibt es hingegen nicht.

 

Ketzerische Frage: Warum sollten denn die Teilchen auf der Tragflächenoberseite schneller werden und sich dann an der Hinterkante wieder mit den Anderen treffen? Schon da steigt das allseitsbekannte Modell aus.

 

Andere Modelle sprechen von Anfahrwirbeln, die einen Gegenwirbel ausbilden und somit die Zirkulation bedingen...ach, das wird jetzt alles zu kompliziert, falls das wirklich jemanden interessiert, einfach nochmal nachfragen.

 

Eines möchte ich noch zu bedenken geben: Das perfekte Beispiel für den wissenschaftlichen Stand der Strömungslehre sind doch die modernen Commonrail Diesel mit Einspritzdrücken von bis zu 1800 Bar. Hier wird heute der Kunde als Tester dieser Systeme eingesetzt, da kein Hersteller die Druckwellen und Sogwirkungen in den Griff bekommen hat (bislang). Außer der NASA (und vielleicht den Russen) gibt es auch keine Rechnersysteme und Programme, die die Rechenleistung sowie die Software zur Berechnung dieser Probleme (Leitung steht unter hohem Druck, jetzt wird an verschiedenen Stellen die Leitung geöffnet, um in die Zylinder einzuspritzen -> es entstehen unwahrscheinliche Druckwellen in der Leitung).

 

In diesem Sinne

 

Jo

[MarkusP210]

Oben und unten gleich bezeichnet man übrigens als laminares (symmetrisches) Profil. Der Vorteil: in etwa symmetrische Flugeigenschaften, hohe speeds möglich. Nachteil: Höhere Strömungsabrissgeschwindigkeiten, verzeit deshalb weniger Fehler.

Beispiele: Piper Malibu, Cessna Centurion, Glasair, Akro-Flugzeuge

 

Im Gegensatz dazu die asymmetrischen Profile welche bei den meisten Leichtflugzeugen zum Einsatz kommen. Ihre Vorteile: tiefe Strömungsabrissgeschwindigkeiten dadurch gute Langsamflugeigenschaften, hohes Mass an Gutmütigkeit. Nachteil: Grosser Wiederstand

Beispiele: Alle einmotorigen Piper-Flugzeuge exkl. Malibu, Alle einmotorigen Cessna Flugzeuge

 

Markus

[Marco Haas]

Danke für die Erklärung!

gruss Marco

[DNovet]

Moment mal, Markus...

 

Ich dachte (und bin sogar ziemlich davon überzogen...) dass der Ausdruck Laminar nix mit der Profilform an sich zu tun hat. Will heissen, dass Laminar nix mit asymetrischen, halbsysmetrischen oder vollsymetrischen Profilen zu tun hat, sondern lediglich, wie die Luft über das Profil streicht.

 

Was ich gelernt habe:

Der Begriff Laminar wird dann verwendet, wenn die Luftströmungen absolut parallel zueinander sind, keinerlei Verwirbelungen vorhanden sind. Nichtlaminar wird dann verwendet, wenn diese Stromlinien eben nicht mehr parallel verlaufen und zB Wirbel oder andere Srörungen vorhanden sind.

Der Ausdruck Laminarprofil wird daher verwendet, um bei einem Profil das Verhalten der Luftströmung und damit letztendlich das Abreissverhalten zu bezeichnen.

 

Bei einem herkömmlichen Profil reisst die Strömung auf der Oberseite irgendwann mal ab (zB nach zwei Drittel des Profils) und es entstehen kleinste Luftverwirbelungen, welche sich direkt auf der Oberfläche befinden und den eigentlichen Luftstrom von der Flügeloberfläche trennen. Durch diese "Pufferzone" kann nun der Flügel in grössere Anstellwinkel gebracht werden, ohne dass sofort die gesamte Strömung abreisst. Typisch dabei ist das Wandern des Abreisspunktes (=Umschlagpunkt?) bei steigendem Anstellwinkel nach vorne, wodurch der Auftrieb langsam abnimmt.

 

Anders bei einem Laminaren Profil. Dort folgt die Luft stabil und ohne irgendwelche Verwirberlungen bis zur Flügelaustrittskante. Bei steigendem Anstellwinkel bleibt das auch so. Erst wenn ein bestimmter Winkel überschritten ist, wandert der Abreisspunkt von der Austrittkante schlagartig nach vorne, und damit geht auch schlagartig der Auftrieb verloren.

 

Lapidar auf ein Modell angewendet, könnte man es mit zwei normalen Autos vergleichen, wovon eines normale Felgen und Reifen und das andere Alufelgen und ultimative Niederquerschnittsfelgen hat und tiefer gelegt ist. Mit dem "Standartauto" kann man tiptop fahren. Nur in den Kurven merkt man schnell einmal, dass das Ding driftet. Noch ein wenig schneller und man merkt deutlich, wie er über die Vorderräder schiebt und daher ein wenig rumpelt. Und nochmals ein wenig schneller und dann beginnt es zu quietschen. Und nochmals ein wenig schneller und dann beginnt es "endlich" zu schleudern. Anders beim sportlicher ausgestatteten Wagen. Damit merkt man zuerst von der Kurve gar nix. Mit steigender Geschwindigkeit fährt das Vierrad immer noch schön durch die Kurve. Aber irgendwann, in dem Geschwindigkeitsbereich, bei dem das andere schon gequietscht hat und schleuderte, passiert es urplötzlich, dass das Ding quietscht und ab in die Natur geht. Das Verhalten beider Autos war eigentlich das selbe, nur beim einen beginnen die Symptome früher und man kann noch deutlich und kontrolliert die Geschwindigkeit steigern bis es passiert. Beim anderen kommen die Symptome erst später, dafür aber viel schneller aufeinander, wenn nicht sogar schlagartig.

 

Oder habe ich da was falsches gelernt?

 

Fühle mich mächtig verwirrt, kann mir daher bitte jemand das eine oder andere bestätigen?

 

Nix für ungut...

[MarkusP210]

@Dani

 

Da könntest Du recht haben! Hab' mich mit meiner Erklärung glaub ich etwas weit vorgewagt.

 

Ich weiss nur, dass man die Flügelprofile von schnellen Flugzeugen wie beispielsweise der Malibu als laminar bezeichntet und dieses Profil extrem heikel ist. Davon ausgehend müsstest Du recht haben, denn das Profil ist hinsichtlich 'laminarer' Strömung optimiert um eben hohe Geschwindigkeiten zu erzielen. Mit dem Nachteil, dass die Strömung schlagartig abreisst.

 

Tja, irren ist männlich.....äh..... menschlich! :rolleyes: ;)

 

Markus

[TooLowFlap]

Grundsätzlich kann eine Grenzschicht (also der Bereich über einer Oberfläche, wo die Teilchen der Luft von 0 bis auf die Geschwindigkeit der umgebenden Luftströmung beschleunigt werden) laminar oder turbulent sein.

 

Laminare zeichnen sich durch einen parallelen Verlauf der Stromlinien aus; die Geschwindigkeit der Teilchen nimmt mit zunehmender Entfernung von der Oberfläche gleichmäßig zu; der Energienieveau ist als gering einzustufen -> reißt früher ab; weniger Reibung.

 

Bei der Turbulenten Grenzschicht erfolgt ein Austausch der verschiedenen Energieniveauschichten, sprich auch schnelle Teilchen gelangen direkt an die Oberfläche. Es handelt sich um eine ungeordnete Bewegung, die viel Reibungswiderstand bietet, aufgrund ihres höheren Energieniveaus allerdings deutlich später abreißt.

 

Bei modernen Verkehrsflugzeugen verläuft die Strömung nur bei den ersten paar cm einer Tragfläche laminar, der Rest ist turbulent. Der Reibungswiderstand, der dabei entsteht, ist gegenüber den anderen auftretenden Widerstandsarten vernachlässigbar.

 

A pro pos Widerstand: Im Studium (1. Aufgabe in Strömungslehre) mussten wir den Formwiderstand eines A320 Flügels mit einem D=5cm Stahlseil vergleichen -> Der A320 Flügel hatte weniger Widerstand...schon toll, oder?

 

In diesem Sinne

 

Jo

[DNovet]

@Schon gut, Markus, du hast mich nur mächtig an meinem eigenen Wissen zweifeln lassen... Vielleicht kennen dass ja eigene Leute: Da fühlt man sich relativ sattelfest auf einem Thema und dann kommt jemand, der erklärt es genau andersrum. Da kommen bei mir meist relativ starke Selbstzweifel auf... ;)

 

@Jo: Hä? ;)

Ja, wenn man es so ganz lapidar sagen möchte, könnte man das so ungefähr ausdrücken... *G*

Das mit den modernen Jets und dem laminaren Strömungsverlauf - Wusste gar nicht... Dachte, der Umschlagpunkt sei etwa zwischen ein und zwei Dritteln der Flügeltiefe... Zumindest bei den Amis. Bei den Airbussen hab ich keine Ahnung, aber das sind ja schliesslich noch aerodynamische richtig geformte Flügel. Alleine nur schon der wunderschöne S-Schlag an der Unterseite vor der Austrittskante... Muss einfach Auftrieb geben, so etwas herrliches...

[FalconJockey]

Hallo Jungs,

 

ob ihrs glaub oder nicht, aber der Bernoulli-Effekt (Unterdruck und Überdruck) hat für die Fliegerei nur eine kleine Nebenrolle! Ich weiss, das klingt seltsam, aber lest Euch mal den Beitrag bei der NASA durch, da ist es sehr gut erklärt! Es geht nämlich eher um Newton: Actio = Reactio!

 

http://www.allstar.fiu.edu/aero/airflylvl3.htm

[DNovet]

Hallelujia!

 

Danke EJ, endlich einmal eine offizielle Seite, die meine damalige Ausbildung in der SRTechnics bestätigt.

 

Denn mir wurde damals beigebracht, das ungefähr zwei Drittel des Auftriebes vom Downwash her kommen und nur ein Drittel von Aerodynamischen Auftrieb.

 

Aber sach so was nicht an einer M-Lizenz-Prüfung... So wie mich der Experte ansah, grenzte meine Erklärung fast schon an Ketzerei... :001:

[FalconJockey]

Jehova!, sag ich da nur :D

 

Ja, ich habe dieses Jahr ein Piloten Trainings Manual verfasst und auch da kamen von den Testern häufig Rückfragen, da ich so ketzerische und das Weltbild zerstörende Thesen aufgestellt habe :-)