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BuzzZ

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1

Montag, 28. Juli 2008, 01:18

Warum fliegt ein Flugzeug - Lehrbuchtheorie falsch ?

Hi Leute :-)
Ich habe gelesen das die Lehrbuchtheorie warum ein Flugzeug fliegt (Luftmoleküle teilen sich ein der Vorderkante des Profils, und wollen hinten wieder gleichzeitig zusammenkommen, dazu müssen die an der Oberseite schneller sein weil sie einen längeren Weg haben und erzeugen somit einen Unterdruck.) Diese Theorie ist angeblich FALSCH.
Ich habe einen Bericht gelesen in dem die wirklichen Faktoren (es spielen mehrere eine Rolle, es waren 2 oder 3) genannt wurden. Allerdings war der Bericht recht kompliziert und ich wollte hier mal fragen ob mir das jemand erklären kann, wäre super. Warum ? Irgendwie fühl ich mich als Modell und Gleitschirmflieger komisch wenn ich nichtmal erklären kann warum ein Flugzeug wirklich fliegt...

Lg Jan
For some sports you need a ball,
and for some you need two! :evil:

2

Montag, 28. Juli 2008, 01:22

Ganz einfach: Durch das Profil entsteht auf der Oberseite des Flügels ein Unterdruck, der ja sinnigerweise auch als Auftrieb bezeichnet wird. Mehr gibts da nicht zu verstehen... ;)

Manuel

Pic Killer

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3

Montag, 28. Juli 2008, 02:11

Und wenn du dir es nicht vorstellen kannst,so sehe es dir an...was es nicht alles bei der NASA gibt :D Profilsimulator

4

Montag, 28. Juli 2008, 09:05

Diese "Lehrbuchtheorie" ist so tatsächlich falsch.
So falsch aber nun auch wieder nicht, denn die Geschichte mit der Geschwindigkeitsdifferenz stimmt.

Bei wikipedia ist das ganz verständlich erklärt, Anfahrwirbel, Strömungsüberlagerungen in der Grenzschicht...

Nachsatz:
Es steht auch in etlichen Lehrbüchern, das ein Zweitakter grundsätzlich läuft, weil im Kurbelkasten ein Überdruck herrscht. :shake:

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »MechWerkAndi« (28. Juli 2008, 09:07)


5

Montag, 28. Juli 2008, 10:20

Was an der weit verbreiteten Theorie nicht stimmt, ist die Behauptung, dass zwei Luftteilchen, von denen eins über dem Flügel und das andere unter dem Flügel entlangströmen, zur selben Zeit wieder hinter dem Flügel ankommen. Warum sollten sie auch? Deshalb ist auch die Behauptung falsch, dass die Luftteilchen auf der Oberseite schneller strömen weil sie einen längeren Weg zurückzulegen haben.

Dass über dem Flügel ein geringerer Druck herrscht als unter dem Flügel, ist richtig.

Hier ist es ausführlich und leicht verständlich erklärt, mit vielen animierten Grafiken.
http://www.diam.unige.it/~irro/lecture_d.html

6

Montag, 28. Juli 2008, 10:27

Es gibt einige Erklärungsmodelle, die meist korrekt sind, aber nicht zum allgemeinen Verständnis beitragen, sondern hauptsächlich für (teils verinfachte) Berechnungen gut sind (z.B. die angeführte Anwendung von Bernoulli - Unterdruck oder die Wirbeltheorie).
Die einfachste Erklärung sieht so aus:
die Tragfläche lenkt die anströmende Luft nach unten ab. Da die Luft eine Masse hat, demnach eine Masse durch den Tragflügel nach unten beschleunigt wird, ergibt sich am Tragflügel eine Reaktionskraft nach oben.

BuzzZ

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7

Montag, 28. Juli 2008, 13:31

Das heist das der einzige Grund dass ein Flugzeug fliegt die ablenkung des Luftstroms nach unten ist ???
Etwa so : ?


Ich habe noch gelesen das da das Gesetz eine Rolle spielt das jeder Wirbel einen Gegenwirbel erzeugt. Somit entsteht eine Strömung die auf der Unterseite gegen den Fahrtwind trifft und verlangsamt dort die Strömungsgeschwindigkeit, so dass sie auf der Oberseite schneller ist und der Bernoulli Effekt hinzukommt. kann mir das jemand an einer Garfik zeigen ? Dieses Gesetz dass jeder Wirbel einen Gegenwirbel erzeugt habe ich noch nicht gelernt und ich kann mir das Bildlich nicht vorstellen wie dass dann an der Abrisskannte des Profils hinten genau aussieht.

Gruß Jan
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Muemmel

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8

Montag, 28. Juli 2008, 13:53

Hi,

ich habe mit dem Vergleich zum Benoulli-Effekt auch meine Probleme. Bei dem Unterdruck an der Düse ist das noch was anderes, da werden Luft- (oder Wasser-)Teilchen weggeblasen. Aber was sollte bei einer festen Tragfläche weggeblasen werden.
Kraft kommt schließlich nicht irgendwo her. Sie muss sich irgendwo abstützen oder aus einer Beschleunigung resultieren. Ich gehe mal davon aus, daß wenn man ein Profil mit ebener Unterseite (ähnlich Clark Y aber vorne und hinten spitz) auf eine ebene Platte die ein vielfaches der Profiltiefe breit ist montiert, so daß die Luft davor und dahinter exakt gerade laufen muß, dann wird man merken, daß die Geschwindigkeitserhöhung auf der oberseite doch nicht die Wurst vom Teller zieht. Erst wenn man die Platte beseitigt, so daß die anströmende Luft eine Richtungsänderung bekommt, wird es einen wirklich merklichen Auftrieb geben.

Gruß Mümmel
\ /
(°°)_).

Mümmel ante portas

9

Montag, 28. Juli 2008, 13:55

Zitat

Original von BuzzZ
Das heist das der einzige Grund dass ein Flugzeug fliegt die ablenkung des Luftstroms nach unten ist ???
Etwa so : ?


Ich habe noch gelesen das da das Gesetz eine Rolle spielt das jeder Wirbel einen Gegenwirbel erzeugt. Somit entsteht eine Strömung die auf der Unterseite gegen den Fahrtwind trifft und verlangsamt dort die Strömungsgeschwindigkeit, so dass sie auf der Oberseite schneller ist und der Bernoulli Effekt hinzukommt. kann mir das jemand an einer Garfik zeigen ? Dieses Gesetz dass jeder Wirbel einen Gegenwirbel erzeugt habe ich noch nicht gelernt und ich kann mir das Bildlich nicht vorstellen wie dass dann an der Abrisskannte des Profils hinten genau aussieht.

Gruß Jan

Ja, Luft wird nach unten beschleunigt
Ja, über dem Flügel herrscht geringerer Druck als unter dem Flügel

Ich hatte zwei Beiträge oberhalb einen Link gepostet. Falls du ihn nicht gefunden hast, kommt er hier nochmal: http://www.diam.unige.it/~irro/lecture_d.html (<- einfach da draufklicken, da wird es erklärt)

BuzzZ

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10

Montag, 28. Juli 2008, 14:13

Sry, der Text der im Link steht sagt mir leider nichts bzw ich kann keinen Kontext erkennen
For some sports you need a ball,
and for some you need two! :evil:

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »BuzzZ« (28. Juli 2008, 14:14)


11

Montag, 28. Juli 2008, 14:48

Zitat

Original von Muemmel
Hi,

ich habe mit dem Vergleich zum Benoulli-Effekt auch meine Probleme. Bei dem Unterdruck an der Düse ist das noch was anderes, da werden Luft- (oder Wasser-)Teilchen weggeblasen. Aber was sollte bei einer festen Tragfläche weggeblasen werden.

Blas einfach über ein Stück Papier, das Du Dir waagerecht vor den Mund hältst. Das ist Bernoulli ;).

Coanda-Effekt ist auch noch ein schönes Stichwort ;)

s. http://regenpress.com/




Grüße
Malte

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »DrM« (28. Juli 2008, 14:50)


12

Montag, 28. Juli 2008, 14:58

Zitat

Original von BuzzZ
Sry, der Text der im Link steht sagt mir leider nichts bzw ich kann keinen Kontext erkennen

Für's Erste reicht es, wenn du dir die Bilder anschaust ;)
http://www.diam.unige.it/~irro/profilo1_d.html

BuzzZ

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13

Montag, 28. Juli 2008, 15:25

Auf dem Bild erkenn ich nur das das Profil eben die Luft nach unten pumpt bzw ableitet, aber ist das der einzige Effekt der ein Flugzeug fliegen lässt bzw der hauptsächliche Grund ? Dann könnte man ja auch Flügel ohne Profil bauen mit einem Leichten Anstellwinkel, wäre ja dann der Gleiche Effekt (Shockys zb) ?
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14

Montag, 28. Juli 2008, 15:33

Zitat

Original von BuzzZ
Auf dem Bild erkenn ich nur das das Profil eben die Luft nach unten pumpt bzw ableitet, aber ist das der einzige Effekt der ein Flugzeug fliegen lässt bzw der hauptsächliche Grund ? Dann könnte man ja auch Flügel ohne Profil bauen mit einem Leichten Anstellwinkel, wäre ja dann der Gleiche Effekt (Shockys zb) ?

Tut mir leid, wenn ich nicht jedes Bild einzeln verlinkt hatte. Ich dachte, du würdest von selbst darauf kommen, unten auf der Seite mal auf den roten Pfeil zu klicken.

Ja, eine ebene Platte (z.B. beim Shocky) funktioniert auch so.

15

Montag, 28. Juli 2008, 15:38

Zitat

Original von BuzzZ
Auf dem Bild erkenn ich nur das das Profil eben die Luft nach unten pumpt bzw ableitet, aber ist das der einzige Effekt der ein Flugzeug fliegen lässt bzw der hauptsächliche Grund? Dann könnte man ja auch Flügel ohne Profil bauen mit einem Leichten Anstellwinkel, wäre ja dann der Gleiche Effekt (Shockys zb)?


Ja, der einzige Grund warum der Flügel Auftrieb hat, ist das "nach unten Pumpen" (Actio = Reactio)

Kompliziert wird es beim Grund für das "nach unten Pumpen" ;)

BuzzZ

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16

Montag, 28. Juli 2008, 15:51

Hehe dann ist ja die wirkliche Theorie noch unkomplizierter als die Scheintheorie ^^ Das Profil sorgt also nur dafür das man nicht immer einen Anstellwinkel haben muss ? Oder was ist sonst der Grund das man normale Flugzeuge nicht wie Shockys mit einer Glatten läche baut ?
Ps : Warum bekommt man es eig überall falsch beigebracht wo die wirkliche Lösung doch viel einfacher ist, die Luft wird einfach nach unten abgelenkt ?
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Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »BuzzZ« (28. Juli 2008, 15:53)


17

Montag, 28. Juli 2008, 16:20

Zitat

Original von BuzzZ
Hehe dann ist ja die wirkliche Theorie noch unkomplizierter als die Scheintheorie ^^ Das Profil sorgt also nur dafür das man nicht immer einen Anstellwinkel haben muss ? Oder was ist sonst der Grund das man normale Flugzeuge nicht wie Shockys mit einer Glatten läche baut ?
Ps : Warum bekommt man es eig überall falsch beigebracht wo die wirkliche Lösung doch viel einfacher ist, die Luft wird einfach nach unten abgelenkt ?


Weil (wie Malte bereits schrieb) der Grund, warum die Luft nach unten abgelenkt wird, nunmal nicht so einfach zu erklären ist.

Wenn es einem genügt, dass ein Flugzeug überhaupt irgendwie fliegt (Shocky), dann tut es auch eine ebene Platte. Wenn es das möglichst effektiv tun soll, dann hat ein Profil da gewisse Vorteile :D

18

Montag, 28. Juli 2008, 16:55

Ebene Platte IST ein Profil.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »DrM« (28. Juli 2008, 17:00)


BuzzZ

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20

Montag, 28. Juli 2008, 23:30

Hab im DHV Forum was gefunden


"Einige Zitate von http://www.niederbrunner.com :
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4.) Zweifel an der Tragflügeltheorie

Bei einem Museumsbesuch in Berlin Anfang der 90er Jahre fiel mir ein Buch über Otto Lilienthal in die Hände. Der Autor des Buches war ein Urenkel von Lilienthal. Ich war so begeistert von diesem Buch, dass alsbald der Plan in mir reifte einen Lilienthalgleiter nachzubauen.
Als Fluglehrer hatte ich schon länger Zweifel an der allgemeinen Lehre der Tragflügeltheorie.
Diese lehrt nämlich, dass ein Flügel hauptsächlich wegen seinem Profil (Flügelquerschnitt) fliegt. Durch dieses Profil entstünde eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Flügelober- und Unterseite, welche hauptverantwortlich für das Fliegen wäre. Dagegen hätte ich wahrscheinlich auch nie was auszusetzen gehabt, gäbe es da nicht den Lilienthalflügel.
Dieser hat kein Profil, sondern nur eine dünne, leicht gewölbte Fläche. Ich möchte einen Vergleich anstellen zwischen einem Gleitschirm von 1990 und dem Lilienthalgleiter von 1890. Beide fliegen gleich gut (Gleitzahl 1 zu 5), beide fliegen ca. gleich schnell (ca. 10 m/s). Nur hat der Gleitschirm, der mit dem viel gepriesenen Profil ausgestattet ist, genau die doppelte Fläche (26 m²) als der Lilienthalflügel, der laut heutigen wissenschaftlichen Erkenntnissen eigentlich gar nicht fliegen dürfte, weil er ja gar kein Profil hat.

Schauen wir uns diese Auftriebstheorie mal genauer an. Das klassische Flügelprofil, das meist als Beispiel hergenommen wird, ist an der Unterseite eben (flach) an der Oberseite, im ersten Drittel gewölbt.

Nun besagt diese Theorie, dass die Luftteilchen die vorne am Flügelprofil durch die Anströmung geteilt (getrennt) werden, an der Hinterkante des Profils wieder zusammentreffen müssen. Da der Weg (Strecke) auf der Oberseite durch die Wölbung weiter ist, müssen die Luftteilchen dort schneller strömen. Durch diese schnellere Strömung entsteht ein Unterdruck (Sog) der 2/3 des Gesamtauftriebs ausmacht.
Als Begründung wird das Bernoullygesetz zitiert, das besagt, dass durch Strömung ein statischer Unterdruck entsteht. Je größer die Strömung umso größer der statische Unterdruck.
Bis hierher ist für mich noch alles klar, aber die Widersprüche kommen noch....
Misst man die Wegdifferenz zwischen Flügelunterseite und Oberseite ab, dann ergibt das eine Differenz von zwei bis fünf Prozent. Nehmen wir nun mal als Beispiel einen Flugdrachen. Bei ca. sechs Metern spitzwinkliger Anströmung pro Sekunde fliegt ein Flugdrache schon. Er trägt dann ein Gewicht von ca. 120 kg. Zwei Drittel Sog auf der Flügeloberseite tragen hier 80 kg. An der Flügelunterseite ergäbe das 40 kg aus dem Überdruck. Fünf Prozent höhere Geschwindigkeit an der Flügeloberseite wären genau 0,3 Meter pro Sekunde (0,3 m/s) mehr, nämlich 6,3 Meter pro Sekunde (6,3 m/s). Diese 0,3 m/s Geschwindigkeitsdifferenz auf der Flügeloberseite sollen 80 kg tragen?
Meine Antwort: lächerlich
Der Drachen hat eine Fläche von zwölf Quadratmetern (12 m²). Bläst man auf der Oberseite künstlich mit 0,3 Metern pro Sekunde darüber, dann passiert überhaupt nichts. Laut Bernoully müsste auch da ein statischer Unterdruck entstehen.

Ich möchte hier auf weitere Widersprüche aufmerksam machen:

Widerspruch Nr. 1
Auf der Flügelunterseite hat man auch eine Strömung und somit müsste dort laut Bernoully auch ein statischer Unterdruck entstehen.
Hier misst man aber einen Überdruck, der ein Drittel des Gesamtauftriebs ausmachen soll. Meine Logik sagt mir, dass das nicht zusammenpasst. Für mich müsste hier die Auftriebsformel lauten:
Unterdruck oben minus Unterdruck unten.
Doch das Resultat dieser Rechnung ist viel zu klein um fliegen zu können.

Widerspruch Nr. 2
Dieses Bernoullygesetz vermittelt uns, dass die Ursache des Fliegens eine rein STATISCHE ist. Das ist für mich unverständlich, weil ein jeder Flügel eine Mindestgeschwindigkeit hat. Unterschreitet man diese, dann fliegt der Flügel nicht mehr. Deshalb ist für mich die URSACHE DES FLIEGENS EINE DYNAMISCHE.

Widerspruch Nr. 3
In der Praxis fliegen symmetrische Profile genauso wie dünne, leicht gewölbte, ja sogar gerade (ebene) Flächen. Die Spitze des Hohns auf diese Theorie ist, dass das klassische Profil auch im Rückenflug noch fliegt und das nur wenig schlechter. Hier müssten eigentlich die zwei Drittel Sog nach unten wirken und unweigerlich zum Absturz führen.

Widerspruch Nr. 4
Die Praxis zeigt, dass der Anstellwinkel eine fundamentale Rolle beim Auftrieb hat. Mit dem Erhöhen des Anstellwinkels erhöht sich der Auftrieb und zugleich die Wegdifferenz zwischen Ober- und Unterseite. Doch irgendwann reißt die Strömung ab und der Flügel fliegt nicht mehr. Mit dem Bernoullygesetz lässt sich das nicht erklären.

Alles in Allem komme ich zum Schluss, dass das Bernoullygesetz beim Fliegen gar keine Anwendung finden kann.
Aber was ist dann der Hauptgrund warum ein Flügel fliegt?

Ich denke es ist die Umlenkung der Luft. Wenn ein Flügel durch das Luftmeer gleitet, lenkt er eine bestimmte Luftmasse um. Die Luft die eigentlich ruht, wird plötzlich im Bereich des fahrenden (fliegenden) Flügels, nach unten beschleunigt. Dabei wird die Luft von der Flügelunterseite nach unten gedrückt, von der Flügeloberseite nach unten gesogen.
Dies würde auch erklären, warum der Anstellwinkel so wichtig ist.
Zum besseren Verständnis empfehle ich folgendes Experiment mit einer Styroporplatte durchzuführen: nimmt man eine größere Fläche und schiebt die Luft beiseite, dann äußert sich ein Widerstand, der in die Gegenrichtung wirkt. Die Luft ist träge und möchte viel lieber in der ursprünglichen Lage verharren.
Ähnlich ist der Effekt beim Tragflügel. Durch den Anstellwinkel wird nun der Luft eine Fläche entgegengestellt. Durch die Vorwärtsgeschwindigkeit entsteht nun eine Bewegung oder eine Strömung. Diese ist beim Fliegen relativ hoch.
Die Flügelunterseite wirkt nun wie eine Fläche, die die Luft beiseite bzw. nach unten schiebt. Dies bestätigt der gemessene Überdruck an der Flügelunterseite. Es ist auch die Erklärung dafür, warum sogar ebene Flächen fliegen.
Bei der Flügeloberseite ist es ein bisschen komplizierter. Zur Vereinfachung nehmen wir den Lilienthalflügel. Dieser hat eine leichte Wölbung. Strömt man nun eine gewölbte Fläche parallel an, dann wirkt diese wie eine Schaufel, die unentwegt Luft umschaufelt. Wie bereits beschrieben, ist die Luft träge und äußert bei dieser Umlenkung einen Widerstand in die Gegenrichtung, das ist der Auftrieb. Beim Lilienthalflügel wird der Sog oben etwa die Hälfte vom Gesamtauftrieb ausmachen.
Ich habe Auftriebsmessungen bei verschiedenen, gleich großen Flächen gemacht (ebene Fläche, leicht gewölbte dünne Fläche, Fläche mit klassischem Profil). Dabei hat die dünne, leicht gewölbte Fläche bei weitem am besten abgeschnitten. Die Auftriebskraft war dort bedeutsam größer als beim klassischen Flugzeugprofil (unten eben, oben gewölbt).
Ich bin bei dieser Messung zur Erkenntnis gekommen, dass das klassische Profil des Flugzeugflügels der beste Kompromiss zwischen Auftrieb und Vortrieb (Schubkraft) sein muss. (Der Gleitschirmflügel ist trotz doppelter Fläche ungefähr gleich schnell wie der Lilienthalflügel. Ansonsten gilt: je kleiner die Fläche im Verhältnis zum Gewicht, umso schneller der Flügel). Auch habe ich bei dieser Messung bestätigt bekommen, warum man beim klassischen Flügelprofil 2/3 Sog an der Oberseite und 1/3 Überdruck an der Unterseite misst.

Der Hauptgrund des Fliegens müsste also die UMLENKUNG sein.

Die Frage des Auftriebs müsste also wie folgt lauten: welche Luftmasse wird in welcher Zeit um wie viel umgelenkt, verschoben oder noch besser, nach unten beschleunigt.

Nehmen wir als Beispiel den bereits angeführten Gleitschirm, den langsamsten aller Flügel. Dieser hat natürlich die größte Fläche, zwischen 25 und 30 Quadratmeter. Er hat ca. 10 Meter Spannweite. Seine beste Leistung hat dieser bei ca. 10 Metern je Sekunde Geschwindigkeit. Nimmt man theoretisch an, dass die Luft beim Gleitschirmflügel etwa bis zu einem halben Meter oberhalb, sowie einen halben Meter unterhalb umgelenkt wird, dann kommt man zu folgendem Resultat:
10 Meter Spannweite mal 10 Meter Geschwindigkeit pro Sekunde mal 1 Meter mittlere Dicke = 100 Kubikmeter pro Sekunde: der Gleitschirm beschleunigt oder lenkt also ca. 100 Kubikmeter Luft pro Sekunde nach unten. Bei einer Luftdichte von ca. 1,2 Kilogramm pro Kubikmeter ergibt das einen Auftrieb von ca. 120 Kilogramm. Der Gleitschirmflügel beschleunigt also ca. 120 kg Luft je Sekunde nach unten und erfährt dabei eine RÜCKSTOSSKRAFT gleichen Ausmaßes nach oben.

Ich denke, dass das die vereinfachte Erklärung des Fliegens sein könnte."
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