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Segelflug Theorie Ausbildung
Aerodynamic
von Andreas Winkler
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Aerodynamic - Übersicht
• Strömungsgesetze
• Auftrieb
• Widerstand
• Kräfte am Flugzeug
• Flugleistungen
• Stabilität
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Aerodynamic - Strömungsgesetze
• Statischer Druck
• Staudruck
• Gesamtdruck
• Gesetz nach Bernoulli
• Reynoldszahl
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Strömungsgesetze - Statischer Druck
• Statischer Druck Pst– Druck der umgebenden Luft
– Sinkt mit zunehmender Höhe
– Maß für Höhenmessung
– Schwierige Messung an bewegenden Körpern
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Strömungsgesetze - Staudruck
• Staudruck q– q = 0,5 * (ro * v2)
– ro = Dichte
– Maß für Geschwindigkeit
– Fahrtnesser
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Strömungsgesetze - Gesamtdruck
• Gesamtdruck Pges– Pges = Pst + q
– Ist constant (gleich) an jeder Meßstelle
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Strömungsgesetze - Bernoulli
• Gesetz nach Bernoulli– Engerer Querschnitt = Höhere Geschwindigkeit = geringerer Druck
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Strömungsgesetze - Reynoldszahl
• Reynoldszahl Re– Maßzahl bei Vergleich von Strömungen
– Re muß gleich sein
– z.B. Vergleich Modell:Original
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Aerodynamic - Auftrieb
• Strömung um Profil– Druckverteilung
– Druckpunkt
– Luftkraft
• Auftriebskraft– Auftriebsbeiwert
– Anstellwinkel
• Polardiagramm– Druckpunktwanderung
• Tragflügel– Auftriebsverteilung
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Auftrieb - Strömung um Profil
• Druckverteilung– Form abhängig von Anstellwinkel
– Größe abhängig von Geschwindigkeit
– V höher = geringerer Druck
– V geringer = höherer Druck
– nur bis zum Strömungsabriß =
– Ablösung an der Oberseite
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Auftrieb - Strömung um Profil
• Druckpunkt– Gedanklicher Punkt am Profil wo Luftkraft angreift
– Wandert mit gößerem Anstellwinkel nach vor
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Auftrieb - Strömung um Profil
• Luftkraft– Gedankliche Luftkraft aus Druckverteilung
– vom Druckpunkt aus
– teilt sich in Auftrieb und Widerstand
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Auftrieb - Auftriebskraft
• Auftriebskraft– Auftriebsbeiwert
– Anstellwinkel
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Auftrieb - Polardiagramm
• Polardiagramm– größerer Anstellwinkel = mehr Auftrieb
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Auftrieb - Tragflügel
• Tragflügel– Auftriebsverteilung
– A = CA*q*S
– A = Auftrieb
– q = Staudruck = ro*v2/2
– S = Flügelfläche
– CA = Auftriebsbeiwert = Abhängig von Flügelform und vonAnstellwinkel
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Aerodynamic - Widerstand
• Widerstandskraft
• Profilwiderstand
• Reibungswiderstand - Grenzschichte
• Induzierter Widerstand
• Schädlicher Widerstand
• Interferenzwiderstand
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Widerstand - Widerstandskraft
• W = Cw*q*S– W = Widerstandskraft
– Cw = Gesamt Widerstandsbeiwert, abhängig von Anstellwinkel
– q = Staudruck = ro*V2/s ro = Luftdichte
– S = Fläche (Anströmfläche)
– Cw = Reibung + Profil + Induziert + Interferenz
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Widerstand - Profilwiderstand
• Abhängig von der Profilform– Profilform hat geringstes Cw
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Widerstand - Reibungswiderstand
– Durch Luftreibung an der Oberfläche
– Innerhalb der Grenzschichte
– Abhängig ob Strömung Laminar oder Turbulent
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Widerstand - Reibungswiderstand
– Abhängig von Grenzschichte
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Widerstand - Induzierter Widerstand
• Cwi = Ca2 / П *Streckung– Cwi ist größer je größer Ca = geringer die Geschwindigkeit
– Cwi ist kleiner je größer die Streckung
– Streckung = b2/S b =Spannweite S = Flügelfläche
• Druckausgleich zwischen Flügeloberseite und Unterseite
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Induzierter Widerstand - Streckung
• Streckung ist wesentlichster Widerstandsfaktor– Winglet und Flugelform verringert Cwi
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Widerstand - Schädlicher Widerstand
• Formwiderstand
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Widerstand - Interferenzwiderstand
• Im Grenzbereich unterschiedlicher Bauteile
• Durch örtlichen Druckanstieg
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Aerodynamic - Stömungsabriß
• Überschreiten des kritischen Anstellwinkels– Strömungsabriß am Tragflügelprofil
– Auftriebsverlust
– Widerstandsanstieg
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Aerodynamic - Kräfte
• Stationärer Geradeausflug
• Kräftegleichgewicht
• Stationärer Kurvenflug
• Abfangen
• Windenstart
• Motorflug-F-Schlepp
• Lilienthalsches Polardiagramm
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Kräfte - Stationärer Geradeausflug
• Stationärer Geradeausflug– Stationärer Flugzustand
– Luftkraft kompensiert Gewicht
– Geschwindigkeit ist konstant
– n=1 n=Lastvielfaches
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Kräfte - Kräftegleichgewicht
• Kräftegleichgewicht
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Kräfte - Stationärer Kurvenflug
• Stationärer Kurvenflug– 60° entspricht n=2
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Kräfte - Abfangen
• Abfangen– Instationärer Flugzustand
– Luftkraft größer als Gewicht
– n größer als 1
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Kräfte - Windenstart
• Windenstart
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Kräfte - Motorflug F-Schlepp
• Motorflug-F-Schlepp
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Kräfte - Lilienthalsches Polardiagramm
• Lilienthalsches Polardiagramm
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Aerodynamic - Flugleistungen
• Geschwindigkeitspolare– Windstille
– Gegenwind
– Flächenbelastung
• McCready
• Rechner
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Aerodynamic - Flugleistungen
• Geschwindigkeitspolare– Windstille
– Gegenwind
– Flächenbelastung
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Flugleistungen - Geschwindigkeitspolare
• Geschwindigkeitspolare– Windstille
– Gegenwind
– Flächenbelastung
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Flugleistungen - Geschwindigkeitspolare
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Flugleistungen - Mc Cready
• McCready– Wer ist der schnellste ?
– Wie schnell muß ich fliegen?
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Flugleistungen - Endanflugrechner
• Rechner– Bestimmung der Endanfluggeschwindigkeit
– Tafelscheibe
– E-Variometer
– GPS Unterstützung
– Logger
– Kompassunterstützung - Windberechnung
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Aerodynamic - Stabilität
• Gleichgewichtszustände
• Längsstabilität– Statisch
– Dynamisch
• Neutralpunkt-Schwerpunkt
• Querstabilität
• Richtungsstabilität
• Koppelungen
• Trudeln
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Stabilität - Gleichgewichtszustände
• Gleichgewichtszustände - Stabilität– Statisch
– Dynamisch
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Stabilität - Längsstabilität
• Längsstabilität
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Stabilität - Neutralpunkt/Schwerpunkt
• Neutralpunkt-Schwerpunkt– Definition Neutralpunk = Aerodynamische Neutralität
– Schwerpunkt immer vor Neutralpunkt
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Stabilität - Querstabilität
• Querstabilität
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Stabilität - Richtungsstabilität
• Richtungsstabilität
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Stabilität - Koppelungen
• Koppelungen
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Stabilität - Trudeln
• Trudeln