Segelflug Theorie Ausbildung
Aerodynamic
von Andreas Winkler
11/2001 by Andreas Winkler 2
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