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Johannes Merz

RCLine User

  • »Johannes Merz« ist der Autor dieses Themas

Wohnort: Kreis Schwäbisch Hall

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1

Dienstag, 18. Juli 2006, 20:15

Wie entsteht Auftrieb?

Hi :w

Ich muss in Physik moch ne GFS halten, und zwar über die "Aerodynamik am Flugzeug".
Ich will meinen Mitschülern möglichst einfach erklären, wie Auftrieb entsteht und wie ein Flugzeug gesteuert wird!

Jetzt hab ich mit dem Auftrieb noch so ein kleines Problem:

Ich hab zwei erklärungen, die eine behauptet, dass der Tragflügel durch seine Anstellung gegenüber dem Fahrtwind nach dem Prinzip der schiefen Ebene die Luft unter ihm komprimiert und die darüber ansaugt und dadurch den Flügel nach oben drückt!
Das klingt für mich eigentlich logisch!
Dann hab ich noch die Erklärung, dass die Luft über dem Tragflügel durch das Profil schneller strömen muss und deshalb nach dem Gesetzt von "wasweisichwem" einen Unterdruck erzeugt!

jetzt weis ich nicht, was da jetzt richtig ist, oder ob das ganze irgendwie zusammenhängt! ???
Könnt ihr mir da ein wenig auf die Sprünge helfen? :)

mfg Hannes :w

Dieter.Woelfel

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Wohnort: Hechlingen am See

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2

Dienstag, 18. Juli 2006, 20:23

Hallo Hannes,

guckst Du hier:

http://de.wikipedia.org/wiki/Tragfl%C3%A4che

Gruß
Dieter
www.funflyers.de

Hangar: Cosmic Wind Little Toni, Lift Off Rocket, Lift Off XXS, Kelly 70 EP
Friedhof: Twinstar 2, Katana S30, FunJet, Projeti, AcroMaster, Excel 3

wurpfel1

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Wohnort: CH-rheintal

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3

Dienstag, 18. Juli 2006, 21:14

flieger fliegen weil sie ihr gewicht in form von luft runterschmeissen, nennt sich impulssatz.

kraft= masse mal beschleunigung

damit kann man zb die profilform optimieren und den reibungseinfluss der oberfläche berechnen, den induzierten widerstand erklären, das schweben von hubis und shockies genau voraussagen usw..

im letzten jahrhundert hat LUDWIG PRANTL um 1904 8) mit der zirkulation einen lösungsansatz für die verhältnisse an "echten" flügeln aufgezeigt.
leider sind diese gleichungen nicht exakt lösbar :wall:
ab 1919 nutzte man das MULTHOPP-näherungsverfahrenverfahren, damit wurde das voraussagen (und optimieren) der leistung, SP-lage, steuerbarkeit und festigkeitsberechnung aka leichtbau erst möglich.
es ist für streckungen über 5 erstaunlich genau und kann vom modellbauer auf einem PC- excelsheet angewandt werden.

mit den neusten potential-verfahren kann das profil GENAU auf den gewünschten einsatzzweck optimiert werden. man nutzt die darstellung des energiezustandes einzelner luftmoleküle entlang ihres weges der flügel-/ und rumpfoberfläche :evil:

nochmals:
die verfahren zur berechnung des auftriebs basieren auf der tatsache dass durch beschleunigung einer luft(masse) eine gegen die schwerkraft gerichtete kraft erzeugt wird :angel:
die story mit unterdruck und so ist nur ein nebenschauplatz und gilt nur für unendlich lange flügel in einem gewissen geschwindigkeitsbereich.. damit werden koeffizienten im windkanal gemessen und die resultate zb im MULTHOPP verfahren eingesetzt :w


@Dieter
was im WIKIPEDIA über das abfliessen der grenzschicht bei pfeilflügeln steht ist so nicht korrekt und wurde auch experimentel widerlegt: durch die nachhintenpfeilerei erhöht sich der erzeugte auftrieb bei gegebenen anstellwinkel. irgendwann überschreitet man den max. möglichen und die strömung reisst ab. das zieht dann die grenzschicht nach. wenn man zb mit verwindung für kleinere anstellwinkel sorgt findet kein abriss und keine grenzschichtquerbewegung statt.
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »wurpfel1« (18. Juli 2006, 21:25)


rth_bautzen

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Beruf: schüler eines gymis

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4

Dienstag, 18. Juli 2006, 21:28

http://www.erklaert.de/warum/fliegen.htm

das hier ist bestimmt besser
Hangar:
Arcus:nuts:
A380
Lama Air Zermatt8)
Piccolo V2:evil:
Discus 2cT 8(
Eurofighter Carson (Pusher) :D

MC 12
Verein

Captain Kork

RCLine User

Wohnort: Stuttgart

Beruf: Student

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5

Dienstag, 18. Juli 2006, 21:46

Hallo Wurpfel,

was du da schreibst klingt saugut :)

AUch ich habe meine GFS dieses Jahr über den Auftrieb am Flügel gehalten (und paar andere Sachen). Jedoch wollte mir mein Lehrer die Formel für den Auftrieb nicht abnehmen.

Könntest du mal drüberschauen, ob sie korrekt ist?:

L=v²*c*A*Dichte

Ich hab sie jetzt nur ausm Kopf, bin mir also nicht zu 100% sicher...

v ist die Geschwindigkeit
c der Auftriebsbeiwert
Dichte ist die Dichte des Fluids
A die FLäche
L steht für Lift...

Gruß und Danke

Timo
Meine Videos bei RC-Movie
Modelle:
Mirage von robbe(HET4W an 4s)
ECO8
Partenavia mit Landeklappen und Licht
Mustang Voodoo
Elektro-Filou (Schulungsflieger)

Friwi

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6

Dienstag, 18. Juli 2006, 21:52

Zitat

Original von rth_bautzen
http://www.erklaert.de/warum/fliegen.htm

das hier ist bestimmt besser


Auch da wird nicht erläutert, warum die Luft auf der Oberseite schneller wird (durch den gewählten Satzbau sogar verschleiert)!

Vereinfacht : Luft wird schneller, wenn sie in ein Gebiet geringeren Druckes beschleunigt wird (nicht umgekehrt!!!). Auf der Oberseite herrscht ein geringerer Luftdruck als in der Umgebung, weil der Flügel selbst Luft nach unten drückt, die dann auf der Oberseite "fehlt" -> geringerer Druck. Zusammen mit dem von Wurpfel genannten Impulserhaltungssatz gibt das eine - wenn auch stark vereinfachte - Erklärung für den Auftrieb, mit der man auch erklären kann, weshalb z.B. eine Lo100 mit Clark Y Profil (gerade Unterseite) garnichtmal schlecht "auf dem Rücken" fliegen kann...

Freundlichst
Friwi
Das in meinen Beiträgen geschriebene stellt meine Meinung dar und erhebt nicht den Anspruch auf Unfehlbarkeit :w

Basteln ist der Aufstand der Sinne gegen den Verstand...

HenrikG

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Wohnort: Gummizelle

Beruf: Azubi zum Feinmechaniker

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7

Dienstag, 18. Juli 2006, 21:52

RE: Wie entsteht Auftrieb?

Zitat

Original von Johannes Merz
Hi :w

Ich muss in Physik moch ne GFS halten, und zwar über die "Aerodynamik am Flugzeug".
Ich will meinen Mitschülern möglichst einfach erklären, wie Auftrieb entsteht und wie ein Flugzeug gesteuert wird!

Jetzt hab ich mit dem Auftrieb noch so ein kleines Problem:

Ich hab zwei erklärungen, die eine behauptet, dass der Tragflügel durch seine Anstellung gegenüber dem Fahrtwind nach dem Prinzip der schiefen Ebene die Luft unter ihm komprimiert und die darüber ansaugt und dadurch den Flügel nach oben drückt!
Das klingt für mich eigentlich logisch!
Dann hab ich noch die Erklärung, dass die Luft über dem Tragflügel durch das Profil schneller strömen muss und deshalb nach dem Gesetzt von "wasweisichwem" einen Unterdruck erzeugt!

jetzt weis ich nicht, was da jetzt richtig ist, oder ob das ganze irgendwie zusammenhängt! ???
Könnt ihr mir da ein wenig auf die Sprünge helfen? :)

mfg Hannes :w


Um es gaaaaanz einfach zu machen:Beides

Henrik
Viele Grüße, Henrik :w

Ich lüge prinzipiell immer. Nein, das stimmt nicht. Ich lüge eher selten, aber dann gerne und oft.

Paul H.

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Beruf: freiberuflicher Techniker

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8

Dienstag, 18. Juli 2006, 21:56

Zitat

AUch ich habe meine GFS dieses Jahr über den Auftrieb am Flügel gehalten (und paar andere Sachen). Jedoch wollte mir mein Lehrer die Formel für den Auftrieb nicht abnehmen.

Hast du nicht in der Plauderecke genau die Frage mit der Formel gestellt??? Such mal den Link zu dem Thread...

1: Luft? Ist keine Kraft, auf der Seite steht eine Kraft wie Auftrieb oder Widerstand.

2: fehlt noch ein Faktor 1/2. Auftrieb = Auftriebsbeiwert*Bezugsfläche (in demFall Flügelfläche)*Staudruck(beinhaltet Dichte und Geschwindigkeit)= Ca*A*Rho(=Dichte)*v²*1/2.

Die Formel erklärt nicht wie Auftrieb entsteht, sondern damit kann man ihn anhand von gemessenen oder errechnetenFaktoren (Ca) für einen bestimmten Flügel (ok, vereinfacht, Streckung etc. vernachlässigt) bei einer bestimmten Geschwindigkeit und Luftdichte ausrechnen.

Mir gefällt der Impulssatz als Erklärung auch am besten, die ganze Unterdruck-Überdruckgeschichte ist imho ja nur die Vermittlung wie das passiert, allerdings leicht vorstellbar und leicht zu erklären.

Paul
Heavy Metal: Das Bierdosen - OV-10 Bronco - Projekt
Status 30.11.2010 : Endlich geht's weiter - Kabinenhaube

Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von »Paul H.« (18. Juli 2006, 22:01)


haschenk

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Beruf: Dipl. Ing.

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9

Mittwoch, 19. Juli 2006, 01:28

Hallo,

Leutz, Leutz, was hier so behauptet wird.....

Das fordert natürlich den Aerodynamiker heraus.

Erstmal:
Beide Erklärungen sind richtig (es gibt aber noch andere, auch richtige). Nur die "komprimierte Luft" unter dem Flügel ist etwas stark hochgestapelt- sagen wir mal besser "unter höherem Druck stehend" (meistens). Das ist was anderes als komprimiert.

Die beiden Erklärungen stehen auch nicht im Widerspruch zueinander, sondern sind verschiedenene Sichtweisen (das ist in Wissenschaft/Technik öfters so).

Die Impulstheorie ist einfacher und (vielleicht ?) einleuchtender, liefert aber nur "pauschale" Ergebnisse, Details der Flügelumströmung kann sie nicht oder nur in sehr geringem Maß liefern. Prandtl (schreibt sich mit "dt", die Ehre sollte an dem "Vater der modernen Aerodynamik" schon angedeihen lassen) leitet in einer Überlegung u.a. den Auftrieb eines PROFILS aus den Kräften an einem Schaufelgitter mit Hilfe des Impulssatzes ab; er macht das aber nur didaktisch ergänzend zu anderen schon bekannten Herleitungen. Mit seiner Tragflügeltheorie (s.u.) hat das wenig zu tun.

Die Druckverteilungs-Theorie ist weitaus wichtiger, weil sie detaillierte Einblicke in die Strömung um ein Profil erlaubt. Ohne sie wäre die moderne Profilentwicklung (Stichwort z.B. Grenzschichttheorie, Abreißeigenschaften usw.) undenkbar.
Ich gehe darauf jetzt bewusst nicht weiter ein, weil sich in den Details jede Menge neuer Fragen auftun, die dann auch zu klären wären- das führt hier viel zu weit.

Nur soviel: Um das Profil stellt sich eine bestimmte, vor allem von seiner Form und vom Anstellwinkel bestimmte GESCHWINDIGKEITSVERTEILUNG ein. Als deren Folge tritt dann eine DRUCKVERTEILUNG auf (Bernoulli !). Und diese aufsummiert über die Oberfläche ergibt dann den AUFTRIEB (und einen Teil des Widerstands).

Die Druckverteilung ist eine ganz reale Sache und nicht nur eine "Annahme" oder Vorstellung; man kann sie messen und auch berechnen. Man braucht die Druckverteilung auch z.B., um die "Grenzschicht" (Prandtl 1904) und damit den Großteil des Widerstands zu berechnen.
SEHR GROB (!!) vereinfacht, herrscht normalerweise auf der Oberseite Unterdruck und auf der Unterseite Überdruck.

Und jetzt noch etwas Geschichte:
Die erste Erklärung für den Auftrieb stammt m.W. von dem englischen Physiker und Mathematiker Lord Rayleigh, der 1878 mit der Vorstellung (und Berechnung)eines "Wirbels" in einer Parallelströmung die krummen Flugbahnen von "angeschnitten gespielten" Tennisbällen (heute auch: Fußbällen) erklärt hat (Magnuseffekt).

Die heute übliche Vorstellung der "Zirkulation" (vereinfacht "Wirbeln") im/um das Profil und damit des Auftriebs stammt von dem deutschen Mathematiker W.M. Kutta und dem Russen N.E. Joukowski, 1910.

Damit konnte man aber nur den Auftrieb eines "Tragflügels mit unendlicher Spannweite" (= 2-dimensional, in allen Schnitten Profil gleich) berechnen.

Prandtl hat 1918 seine "Theorie des Tragflügels mit endlicher Spannweite" (3-dimensional) mit der berühmten "Prandtl´schen Integro-Differentialgleichung" vorgestellt. Sie beruhte noch auf einem sehr einfachen Strömungsmodell ("Hufeisenwirbel"), das sich aber als (im Sinne des Wortes) SEHR tragfähig erwies. Damit konnte man erstmals z.B. den induzierten Widerstand und Details der Stömung hinter dem Flügel berechnen, und man erkannte die "elliptische Auftriebsverteilung" als die mit dem geringsten induzierten Widerstand.

Die Lösung der Prandtl´schen Gleichungen war damals garnicht bzw. nur mit großem Aufwand (numerische Verfahren- noch ohne Computer) möglich. Zahlreiche Luftfahrtforscher haben sich in den Jahren danach um praktisch anwendbare Lösungsmethoden bemüht. Davon ist hierzulande das Verfahren von Multhopp (1938 ) am bekanntesten geworden und wird in einfachen Fällen heute noch verwendet. Man kann es relativ einfach z.B. auch auf einem PC programmieren.

Inzwischen sind das einfache erste Strömungsmodell von Prandtl und die Berechnungsmethoden vielfach verbessert und verfeinert worden, und mit Computerunterstützung und modernen numerischen Rechenmethoden hat man die Sache weitgehend "im Griff".


@Wurpfel
Deiner Pfeilflügel/Grenzschicht-Vorstellung schließe ich mich nicht an.

Die Querströmung in Spannweitenrichtung ist Folge eines Druckgefälles in Spannweitenrichtung. Die "Fundamentalisten" mögen aber z.B. noch darüber diskutieren, ob die Bezeichnung für einen Grenzschichtzaun (Liebe/Messerschmitt, 1937/39) nicht besser "Potentialzaun" wäre (s. u., bei Nickel/Wohlfahrt). Daß Verwindung und Form eines Pfeilflügels auch auf die Querströmung und damit auch an dieser Stelle Einfluss auf das Abreißverhalten haben, sollte eigentlich auch klar sein.

Schau z.B. mal in das "Nurflügel"-Buch von Nickel/Wohlfahrt. Oder noch besser in das (erst Ende letzten Jahres erschienene) Buch "Die Pfeilflügel-Entwicklung in Deutschland bis 1945", Band 33 aus der Reihe "Die deutsche Luftfahrt", Verlag Bernard & Graefe. In letzterem wird das Thema erschöpfend behandelt.


Gruß,
Helmut

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (19. Juli 2006, 01:38)


wurpfel1

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10

Mittwoch, 19. Juli 2006, 08:27

Hi Helmut

ich habe beide bücher ;)
eine der leistungen von Prandtl war die aufteilung des problems in genzschicht und "übriges". der grenzschichteinfluss konnte in windkanälen gemessen werden, das "übrige" nach weiteren vereinfachungen der theorie mit guter übereinstimmung in der praxis bestehen.


ich finde es sehr interessant dass die bestens messbaren druckunterschiede als grund für die entstehung von auftrieb gelten. für mich laien sieht es aus als ob zuerst auftrieb (zirkulation) entsteht und dann ein druckunterschied gemessen werden kann.

eines der ersten anwendungen der onboardcam war ein wollfadentest beim nuri.
ist natürlich nicht wissenschaftlich weil die grenzschicht vielleicht dünner als die verwendeten zwirnfäden ;) es ist sehr spannend zu sehen wie sich zuerst die strömung ablöst und dann eine querströmung zum flügelende entsteht..
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »wurpfel1« (19. Juli 2006, 09:57)


Friwi

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Beruf: Pensionär2013

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11

Mittwoch, 19. Juli 2006, 09:25

Zitat

Original von haschenk

Nur soviel: Um das Profil stellt sich eine bestimmte, vor allem von seiner Form und vom Anstellwinkel bestimmte GESCHWINDIGKEITSVERTEILUNG ein. Als deren Folge tritt dann eine DRUCKVERTEILUNG auf (Bernoulli !). Und diese aufsummiert über die Oberfläche ergibt dann den AUFTRIEB (und einen Teil des Widerstands).

Gruß,
Helmut


Hallo Helmut,

bitte erläutere einem armen, unwissenden Physiklehrer mal, wie es zur Geschwindigkeitserhöhung der Luft kommt. In der klassischen Physik (und die gilt ja wohl bei Geschwindigkeiten weit unterhalb c) gilt immer noch: a=F/m, soll heißen: wenn es eine resultierende Kraft ungleich Null gibt, dann ändert siich die Geschwindigkeit! Aber was verursacht nach Deiner Meinung nach die Kraft, die die Luft beschleunigt?

Freundlichst
Friwi
Das in meinen Beiträgen geschriebene stellt meine Meinung dar und erhebt nicht den Anspruch auf Unfehlbarkeit :w

Basteln ist der Aufstand der Sinne gegen den Verstand...

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Friwi« (19. Juli 2006, 09:29)


12

Mittwoch, 19. Juli 2006, 11:46

Ist das so ein Henne-Ei-Problem?

Der Unterdruck beschleunigt die Luft, weil sie in ihn hineinströmt oder
die durch die "Verengung" (Oberseite der Tragfläche) beschleunigte Luft erzeugt einen Unterdruck?

Irgendwie fehlt mit hier auch noch der Hinweis auf den Coanda-Effekt :D:D:D!

http://www.aa.washington.edu/faculty/eberhardt/lift.htm

Grüße
Malte

Friwi

RCLine User

Wohnort: D-30539 Hannover

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13

Mittwoch, 19. Juli 2006, 12:16

Zitat

Original von DrM
Ist das so ein Henne-Ei-Problem?

Der Unterdruck beschleunigt die Luft, weil sie in ihn hineinströmt oder
die durch die "Verengung" (Oberseite der Tragfläche) beschleunigte Luft erzeugt einen Unterdruck?

Irgendwie fehlt mit hier auch noch der Hinweis auf den Coanda-Effekt :D:D:D!

http://www.aa.washington.edu/faculty/eberhardt/lift.htm

Grüße
Malte


Moin Malte, Habe Dich in Rastede vermißt!

Nö, da ist eigentlich ganz klar, wer zuerst dasein muß. Ohne Kraft keine Beschleunigung!
Wenn man mit einem "Verengungseffekt" argumentiert, dann muß man auch einen Druckanstieg gegenüber Umgebungsdruck im vorderen Profilteil eingestehen - den kann man aber am Flügel im Unterschallbereich nicht messen...
Merke: ein in freier Luft fliegender Flügel ist keine Venturiidüse - bei der kann man einen Druckanstieg vor der Verengung messen.

Wie gesagt, eine Erklärung muß sich an der Plausibilität bei der Frage "Wie erklärt man Auftrieb bei negativem Anstellwinkel oder am ebenen Brett " messen lassen...

Der Coanda-Effekt unterstützt doch nur den Impulserhaltungssatz, bringt also nix wirklich Neues...

FF
Das in meinen Beiträgen geschriebene stellt meine Meinung dar und erhebt nicht den Anspruch auf Unfehlbarkeit :w

Basteln ist der Aufstand der Sinne gegen den Verstand...

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »Friwi« (19. Juli 2006, 12:38)


Captain Kork

RCLine User

Wohnort: Stuttgart

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14

Mittwoch, 19. Juli 2006, 12:56

Hallo Paul,

Jo, genau, hatte ich gefragt. Leider glaubt mir mein Lehrer noch immer nicht, dass diese Formel korrekt ist :wall:

Naja, wie dem auch sei...

Gruß Timo
Meine Videos bei RC-Movie
Modelle:
Mirage von robbe(HET4W an 4s)
ECO8
Partenavia mit Landeklappen und Licht
Mustang Voodoo
Elektro-Filou (Schulungsflieger)

15

Mittwoch, 19. Juli 2006, 14:24

Hi FriWi,
hatte irgendwie keine Zait, aber auch große Sehnsucht nach meiner "Hannover&Umgebung"-Clique!

Zitat

Wenn man mit einem "Verengungseffekt" argumentiert, dann muß man auch einen Druckanstieg gegenüber Umgebungsdruck im vorderen Profilteil eingestehen - den kann man aber am Flügel im Unterschallbereich nicht messen...

Vor der Nasenleise hat man den Druckanstieg zumindestens im Applet von mh-aerotools (Flow-Field). Ab dann wird es "enger" und somit sinkt auch der Druck und die Geschwindigkeit nimmt zu.


Grüße
Malte

Elbflieger

RCLine Neu User

Wohnort: Dresden - Cossebaude

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16

Mittwoch, 19. Juli 2006, 15:33

Hallo Theoretiker und Praktiker!

Das Thema ist heiß! :w
Mich erstaunen die immer wieder neuen Erkenntnisse zu diesem Thema.
Wer hat recht!? Eines scheint mir unabänderlich - Bernoulli p = const. Oder anders gesagt, die Summe aus statischen und dynamischen Druck ist konstant (Delta H zu vernachlässigen). Vielleicht sollte man die Funktion des Flettnerschiffes erklären? Aus dem Stromlinienbildern ist die Geschwindigkeitsverteilung zu erkennen. Und was das Profil nicht bringt (weil eventuell symmetrisch), bringt der Anstellwinkel. Wenn wir den Druckunterschied akzeptieren, dann sind auch die wirkenden Kräfte („Impulse“) definiert. Das Grenzschichtthema ist ein Kapitel für sich und führt mir für ein einfaches Erklärungsmodell zu weit. Aber vielleicht habe ich zu früh studiert oder unser Prof war zu alt.

Das Grübeln geht weiter!

Frank

wurpfel1

RCLine User

Wohnort: CH-rheintal

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17

Mittwoch, 19. Juli 2006, 15:41

habt ihr euch auch schon gefragt wie sich ein 500tonnen- jumbo bei einer geschwindigkeit von 360kmh in der luft hält??

die auftriebskraft aus der druckdifferenz ober- zur unterseite langt hier nicht ganz, mit dem impulssatz ist es recht plausibel erklärbar..

360kmh sind etwa 100m/s

der jumbo beeinflusst gemäss dem einfachen modell von PRANDTL bei 70m SPW und 100m/s gut 384650m3 luft pro sec.

bei einer luftdichte von 1.2kg/m3 werden also 462tonnen luft beeinflusst 8(

mit
F(jumbo) = m(luft)*a

wird
a = F/m oder 500*9.81/462 = 10.61m/s^2

daraus kann (math. etwas gewagt) mit ctn(10,61/100) der anstellwinkel zu 6° bestimmt werden :angel:



@Helmut
hoffentlich nimmst du mir diese krude "herleitung" nicht übel :shy:
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

Johannes Merz

RCLine User

  • »Johannes Merz« ist der Autor dieses Themas

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18

Mittwoch, 19. Juli 2006, 18:19

Hi

puh,da hab ich ja was ins rollen gebracht :D

Wenn ich das alles richtig interpretiert und bei den vielen posts nichts vergessen hab (:dumm: ),
heist das das die beiden "Systeme" voneinander abhängen.
Also durch die Anstellung der Fläche oben ein Unterdruck (und unten ein Überdruck) entsteht, der dafür sorgt, dass die Luft von vorne in den Unterdruck hinein beschleunigt (angesaugt wird), durch die höhere geschwindigkeit entsteht dann wieder ein Unterdruck.
Diese beiden Unterdrücke heben das flugzeug dann zusammen mit dem Überdruck an der Unterseite an!
Stimmt das so in etwa? ???

Kann ich das von Bernoulli, dass schneller strömende Luft unter geringerem Druck steht in der Erklärung so verwenden?

Bitte drückt bei meinen Formulierungen ein Auge (beide ==[] ) zu :) !

Danke für die vielen Antworten!

mfg hannes :w

haschenk

RCLine User

Beruf: Dipl. Ing.

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19

Mittwoch, 19. Juli 2006, 18:28

Hallo zusammen,

jetzt wird´s schwierig (was ich eigentlich vermeiden wollte).

Man kann den eigentlichen "Ursprung" der Auftriebsentstehung mit elementaren (naiven? -nicht abwertend gemeint!) Vorstellungen nicht hinreichend exakt erklären. Dazu braucht es streckenweise einen ziemlich hohen Abstraktionsgrad und auch solide Kenntnisse in höherer Mathematik und Strömungslehre.
Die einschlägigen Studis lernen Strömungslehre nicht umsonst erst in den mittlerern Semestern, nachdem sie zuvor erstmal hinreichend höhere Mathe gelernt haben.

Das ist in der Aerodynamik nicht anders als in anderen Natur- oder Ingenieurwissenschaften (Friwi: Ich hoffe, daß du als Physiklehrer dem zustimmst). Ich werd´s wenigstens ansatzweise versuchen, s. unten.


Aber erstmal vorab:
Lassen wir den Unterschied zwischen 2- und 3-dimensionalen Strömungen, Grenzschichttheorie etc. mal weg; das braucht man zur Auftriebserklärung nicht.

Dann:
Das hier schon bemühte Newton´sche Axiom brauchen wir auch nicht, es kann sogar irreführend sein (Newton selbst ist bei der Auftriebserklärung dabei schon einem "klassischen" Irrtum erlegen).

Natürlich ist es stets "irgendwo" im Hintergrund, aber bei der Auftriebserklärung mit dem Impulssatz geht es -wie der Name sagt- um den IMPULS. In der Mechanik ist er Masse*Geschwindigkeit, in der Strömungsmechanik ist er Masse*(sekundlicher) Massenfluß + einem Druckanteil (statischer Druck*betr. Fläche).

Um ihn anwenden zu können, muß man erst eine (dem Problem angepasste) "Kontrollfläche" definieren. Dann sagt der Impulssatz aus, daß die entstehende Kraft gleich der Differenz der in die Kontrollfläche ein- und ausströmenden Impulse ist (alles natürlich vektoriell).


@Wurpfel
Lassen wir den Geist mal betr. Pfeilungseffekte ruhen, das ist ein anderes Thema. Ansonsten ausnahmsweise ;-) meine volle Zustimmung.

Zitat

für mich laien sieht es aus als ob zuerst auftrieb (zirkulation) entsteht und dann ein druckunterschied gemessen werden kann.


Ja, die Wirkungskette ist Zirkulation=>Geschwindigkeitsverteilung=>Druckverteilung=>Auftrieb.


@Friwi

Zitat

Wenn man mit einem "Verengungseffekt" argumentiert, dann muß man auch einen Druckanstieg gegenüber Umgebungsdruck im vorderen Profilteil eingestehen - den kann man aber am Flügel im Unterschallbereich nicht messen...
Merke: ein in freier Luft fliegender Flügel ist keine Venturiidüse - bei der kann man einen Druckanstieg vor der Verengung messen.


Es braucht keinen "Verengungseffekt". Wenn die Strömungsgeschwindigkeit steigt, muß nach der Kontinuitätsbedingung der Querschnitt der betrachteten "Stromröhre" kleiner werden (oder umgekehrt). Und nach dem Satz von Bernoulli (der seinem Wesen nach ein "Energieerhaltungssatz" ist) muß dann in einer verlustfreien Strömung der statische Druck sinken. Im Venturi-Rohr gibt es auch keinen nennenswerten (nur "Nebeneffekte") Überdruck im Einlaufbereich. Vielmehr fällt der Druck vom Wert in der ungestörten Strömung aus fortwährend ab, bis zur engsten Stelle, dahinter steigt er dann wieder an.

Die Vorstellung, daß im vorderen Teil eines Profils "Überdruck" herrscht, ist sehr elementar und "aus dem Bauch heraus". Das ist nur in der unmittelbaren Umgebung des Staupunkts der Fall, und der Staupunkt sitzt nur bei einem einzigen Anstellwinkel ("stoßfreier Eintritt") dort, wo er meistens in Zeichnungen zu sehen ist. Bei allen anderen Anstellwinkeln wird die Profilnase in der einen oder andern Richtung umströmt (meist von unten nach oben), und infolge des kleinen Krümmungsradius treten hier hohe lokale Geschwindigkeiten auf, die hohe Unterdrucke zur Folge haben. Diese berühmt-berüchtigte "Saugspitze" hat einige unerwünschte Nebenwirkungen und man versucht deshalb, sie durch geeignete Formgebung des Profils zu minimieren.

Im Normalfall, d.h. bei praktisch vorkommenden Anstellwinkeln, kann man (mit Ausnahme des Staupunkts) davon ausgehen, daß an der Profilnase und auf der vorderen Oberseite eines Profils die höchsten UNTERdrucke auftreten. Das geht manchmal sehr "gegen das Gefühl", ist aber so.

Da Staupunktslage und Stromlinienbild SEHR stark vom Anstellwinkel abhängen, kann es durchaus Fälle geben (z.B. Rückenflug, oder Rückanströmung bei Heliblättern), in dem das nicht so ist, je nach Profil. Auf solche Sonderfälle können wir hier nicht eingehen.

Leute, schaut doch einfach mal etwas mehr in Bücher. Da ist das alles nachzulesen, und ihr braucht nicht immer wieder das Rad neu zu erfinden.


Jetzt noch zur Auftriebsentstehung durch "Zirkulation".
Wie der Elbflieger schon sagt, halte auch ich den "Magnuseffekt"=>Flettnerrotor (kennst du doch, Friwi....) für den einfachsten Weg, zu verstehen, was da passiert.

Wenn man in eine (angenommen von links kommenende) Parallelströmung einen rechtsdrehenden sog. "Potentialwirbel" stellt, passiert Einiges.
Leider kann ich den Potentialwirbel hier nicht näher definieren, da das einige Mathematik erfordert. Er ist aber so etwas Ähnliches wie ein Tornado oder der "Badewannenausfluß-Wirbel", also eine (nach exakten Gesetzen) rotierende Strömung.

Auf der Oberseite addieren sich Parallel- und Rotationsströmung (=> Übergeschwindigkeit=>Unterdruck), auf der Unterseite subtrahieren sie sich (=>geringere Geschwindigkeit=>Überdruck), ingesamt entsteht so eine (im Idealfall) senkrecht zur Parallelströmung wirkende Kraft => Auftrieb.

Die "Stärke" der Rotationsströmung ist die sog. "Zirkulation". Genauer gesagt, ist dies ein einfacher Spezialfall des allgemeineren Begriffs der Zirkulation.
Man kann auch z.B. zwei oder noch mehr solche Potentialwirbel hintereinander (und/oder übereinander => "Doppeldecker-Theorie") in die Strömung stellen. Geht man um diese Wirbelansammlung "außen herum", dann stellt man fest, daß außen herum jetzt eine Rotationsströmung besteht, die genau der Summe der Wirbelstärken im "Innenraum" entspricht. Das ist dann der allgemeinere Begriff der Zirkulation.

Beim Magnuseffekt/Flettnerrotor muß man den Rotor antreiben, damit die Rotation/Zirkulation entsteht. Es entstehen dann auch zwei symmetrisch zueinander liegende Staupunkte, ein vorderer und ein hinterer.

Beim Flügelprofil muß man zum Glück nichts antreiben, da macht das die Strömung ganz von selbst. Man kann z.B. durch geeignete mathematische Verfahren ("konforme Abbildung") den Kreis des Rotors in ein Profil umwandeln, SAMT Strömung. Und da würde dann zunächst ein Strömungsbild auftreten (hinterer Staupunkt auf der Oberseite), das physikalisch unmöglich ist (unendliche Geschwindigkeiten usw.). Die "Natur" hilft sich dann selbst, indem sie den hinteren Staupunkt in die spitze Profilhinterkante zwingt. Und das ist auch der Knackpunkt der fundamentalen "Abflußbedingung von Kutta-Joukowski", die genau das rechnerisch nachvollzieht. Dabei entsteht dann eine Zirkulation von genau definierter Stärke.

Man kann Profile auch anders als durch die o.e. "konforme Abbildung" erzeugen, z.B. durch eine "Wirbelbelegung" auf einer geraden oder gekrümmten Linie, und/oder durch Hinzunahme von "Quellen" und "Senken" für die Strömung. Aber stets ist die Kutta-Joukowski-Abflußbedingung für die Entstehung, Größe und Erhaltung der Zirkulation notwendig.

Wenn ein Flugzeug beim Start Fahrt aufnimmt, dann entsteht die Zirkulation ganz automatisch. Da steckt dann der sog. "Anfahrwirbel" dahinter, der zwangsläufig entstehen muß. Als "Gegenstück" dazu (zur Einhaltung gewisser Wirbelgesetze) entsteht die Zirkulation um das Profil.


Ich weiß, das das Alles sehr abstrakt und theoretisch ist; aber ich kann versichern, daß es stimmt. Selbst ansonsten "studierte Leute" haben mit diesen Dingen häufig Verständnisprobleme, und Luftfahrttechnik-Studis müssen sich es mühsam aneignen. Man kann das alles messen und beweisen !

Und (abgesehen von "Überziehen", extremen Böen o.ä.) ist noch nie bei einem Flugzeug die Zirkulation um den Tragflügel "weggeblieben". Wäre das der Fall, würde es wie ein Stein vom Himmel fallen.


Gruß,
Helmut

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haschenk

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Mittwoch, 19. Juli 2006, 18:48

Nachtrag für Hannes:

Mit der "Zirkulationstheorie" wirst du Schwierigkeiten haben; das kann garnicht anders sein. Ist ja auch ein Thema für "ausstudierte" Fachleute.

Für den Haus- und Alltagsgebrauch genügt die "Druck-Vorstellung".
Nur:

Zitat

......Unterdruck (und unten ein Überdruck) entsteht, der dafür sorgt, dass die Luft von vorne in den Unterdruck hinein beschleunigt (angesaugt wird)...

Das solltest du so nicht sagen, weil es nicht stimmt. Die Luft wird nicht durch den Unterdruck "angesaugt".

Laß einfach die Luft das Profil umströmen (das tut sie von allein, was soll sie denn sonst tun ?). Auf der Oberseite strömt sie dann schneller, und es entsteht ein tragender Unterdruck. Auf der Unterseite strömt sie langsamer, und es entsteht ein Überdruck, der auch trägt.


Gruß,
Helmut