Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

[adefix]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Gerlitz
Kompressibilität der Luft
Die Luftdichte kann sich ändern (ρ ≠ const), wenn sie von relativ zum Gasstrom bewegten Körpern gestört wird. Insbesondere wird die Luft vor einem Flugzeug gestaut, was die Luftdichte dort lokal vergrössert. Für kleine Fluggeschwindigkeiten unterhalb Mach 0.3 können diese Kompressionseffekte vernachlässigt

http://walter.bislins.ch/aviatik/?page=Kompressibilit%E4t+der+Luft

Gruss
Adrian

[GerLitz]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Es ist sehr wenig, aber es ist nicht Null.
Es geht ja nur um die Kraft die man braucht, um einen kleinen Teil der Luft anzuheben, die dann nicht unten sondern oben durchströmt.
Das müsste man doch per CFD sichtbar machen können!? (oder eben nicht, wenn es Quatsch ist).

[soundglider]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

So.

Mir reichts.

Ich hab extra für euch mal was zusammengeschrieben:

https://drive.google.com/file/d/0B7Y1JRoLW2GGdnZ1b3Nmb21PbEk/view?usp=sharing

Viel Spaß damit! Ich hoffe ich kann damit einige Fragen hier klären...

[GerLitz]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Vielen herzlichen Dank!!!

[Pikachu]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

@Soundglider

Respekt und Dank für die Arbeit!

Darf ich noch was fragen?

Die Erläuterungen und auch die Bilder zeigen irgendwie nicht, daß (geschweige denn, warum) die Strömung an einer Tragfläche anliegt. So wie der Jörn L. das in dem Video erklärt. (Hatte mich da schon gewundert, daß sie das tut. Da sie doch hinter der Wölbung turbulent wird und sich löst, oder nicht?).

Und noch was: Kann man eine Tragfläche in der Luft in etwa mit einem gleitenden Wasserfahrzeug (oder Wasserski) vergleichen?

[MURMEL]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Hallo Sebastian,

vielen Dank.

Michael C.

[soundglider]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Die Erläuterungen und auch die Bilder zeigen irgendwie nicht, daß (geschweige denn, warum) die Strömung an einer Tragfläche anliegt. So wie der Jörn L. das in dem Video erklärt. (Hatte mich da schon gewundert, daß sie das tut. Da sie doch hinter der Wölbung turbulent wird und sich löst, oder nicht?).

Eine Strömung kann durchaus anliegen und einen Körper laminar umströmen, wenn alle Bedingungen dafür passen. Die Kartoffel die ich in dem Bild simuliert habe, ist natürlich nicht sehr strömungsgünstig, daher löst die Strömung kurz nach der Wölbung ab. Um zu verstehen, wann und wie genau dieses Ablösen und der Wechsel von laminarer zu turbulenter Grenzschicht geschieht, musst du sehr tief in das Verständnis der Grenzschichttheorie und turbulenter Strömungen einsteigen. Das ist bei weitem nicht mehr trivial.

Und noch was: Kann man eine Tragfläche in der Luft in etwa mit einem gleitenden Wasserfahrzeug (oder Wasserski) vergleichen?

Was willst du vergleichen? Es sind beides umströmte Körper, auf die dynamische Auftriebskraft wirkt. Das ist aber auch schon alles.

[Gast]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Super geschrieben, Soundglider!

Prima, dass du kein Flugzeugprofil, sondern einen unterschiedlich geformten Körper genommen hast. Der hilft beim Verständnis enorm. Denn an dessen vorderer oberer Rundung ist der geringe Druck zunächst nicht intuitiv erkennbar. Erst, wenn man der Strömung folgt, die entstanden ist, weil die Luft auf die etwas weiter vorne liegende untere Rundung trifft, erkennt man, dass die Strömung von unten-vorne kommt und dann ein "lokales Lee" entsteht. Cool, dass du beschrieben hast, wie Turbulenzen auch mikroskopisch auftreten. Dieses Maßstabsding finde ich unheimlich erstaunlich. Kann man wohl in einem Lee eines Hügels einen geringeren Druck als im Luv messen?

Pikachus Frage kann ich auch nachvollziehen, also warum die Strömung der Kontur folgt. Das hast du noch nicht so erklärt.
Hier nochmal ein Versuch mit dem Teilchenmodell. Dass die Strömung dem Profil folgt und damit die entscheidende Änderung der Luftmassenbewegung verursacht, liegt also wirklich wie GerLitz sagt daran,

1. dass sie an der Oberfläche gebremst wird,
2. dadurch ein gradueller Geschwindigkeitsunterschied (=Gradient) zwischen Oberflächenbereich und dem äußeren Strömungsbereich besteht,
3. dieser Geschwindigkeitsunterschied erzeugt eine Ablenkung der Luftteilchen im Gradientenbereich. Wieso genau? Letzlich ist das genau dasselbe, was einen Schirm, der sehr nah am steilen Gelände geflogen wird, zu einer Drehung auf das Gelände zu bewegt. Die Teilchen fliegen nämlich nicht alle unterschiedlich schnell in einzelnen geraden Linien über die Oberfläche, sondern dies sind nur der Summenvektoren aus völlig unterschiedlichen Molekülflugrichtungen. Man stelle sich nun vor, dass ein Teilchen in diesem Gradienten still drinsteht. Es wird dort, wo der Gradient schneller ist (kann man das so sagen?) häufiger getroffen, härter getroffen bzw. wird, wenn es von 2 Teilchen gleichzeitig getroffen wird, in den langsamer strömenden Bereich abgelenkt. Dies passiert schon an einer geraden Oberfläche!
4. Zusätzlich wird bei einer gekrümmten Oberfläche der Druck vor der "Engstelle" gegenüber dem Normaldruck erhöht
5. Zusätzlich zum Geschwindigkeitsunterschied aufgrund der Reibung gibt es einen Druckunterschied, weil in diesem "Windschatten" weniger Teilchen nachströmen.
6. dieser Überdruck vor und der Unterdruck hinter der "Engstelle" führt zu einer weiteren Geschwindigkeitserhöhung, die zu einem zusätzlichen Gradienten führt.
7. Weiterhin bewirkt der Druckunterschied selbst eine Anpassung der Strömungsrichtung in Richtung der Konturoberfläche.
8. Gegen eine solche Ablenkung der Luftpaketflugrichtung wirkt deren Trägheit. Die Ablenkung kann also nicht beliebig stark sein. Ist die Kontur des Körpers stärker gekrümmt als die maximale Ablenkrichtung der Teilchen, werden diese in Richtung des Windschattens aufrollen, d.h. eine Turbulenz bilden. Diese Turbulenzen stören den Geschwindigkeits-Gradienten, der die Ablenkung angetrieben hat.

Hilft das? Oder ist das Quatsch?

Zur Erklärung des Druckes sei ergänzend angemerkt, dass die Moleküle tatsächlich durch ein Vakuum fliegen. Daher kann man eine Luftmasse auch komprimieren. Die Eigenbewegung der Teilchen führt dazu, dass sie andere Teilchen wegschieben, so dass sich die Luftmoleküle nicht wie Wasser am Boden sammeln, sondern in der Luft fliegen bleiben. Wird die Luft ganz kalt ändert sich dieser Aggregatzustand ja. Aber es ist schon interessant, dass Luft die Luftmasse über ihr trägt.

[soundglider]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Kann man wohl in einem Lee eines Hügels einen geringeren Druck als im Luv messen?

Natürlich. Der Druckunterschied liegt zwar nur im Pascal-Bereich, er ist aber da. Du kannst ihn auch an einem Haus messen... weißt du wie? Du machst ein Fenster im Luv und eins im Lee auf. Wenns knallt, war das der Druckunterschied ;-)

Pikachus Frage kann ich auch nachvollziehen, also warum die Strömung der Kontur folgt. Das hast du noch nicht so erklärt.

Stimmt, es ist nicht ganz ersichtlich, auch wenn es genauso aus den Grundeigenschaften der Luft folgt.

Sehen wir uns nochmal das Druckfeld der Kartoffel an. Auf der Ober- und Unterseite haben wir ein Unterdruckfeld, das durch die Verdrängung der Außenströmung und daher Beschleunigung der Luft entstanden ist. Niedriger Druck bedeutet, dass Strömung mit hohem Druck dorthin strömen will. Die Außenströmung wird also zum niedrigen Druck hin abgelenkt, bremst dadurch die beschleunigte Luft wieder ab und schiebt sie weg (Massenerhaltung). Also angenommen, die Strömung ist nicht so träge wie in dem Bild und lässt sich auch wegschieben, würde sie komplett die Leeseite der Kartoffel entlangfließen, bis sie auf die Strömung von der anderen Seite trifft. Dadurch würde sich wieder der Druck erhöhen, welcher die Strömung wiederum nach hinten ablenkt (nach vorne kann sie ja nicht, weil da die Kartoffel ist). Ich spreche hier im Konjunktiv, weil die Strömung sich in der Realität nunmal träge und viskos verhält. Deswegen ist dieses hintere Überdruckgebiet nur in Spezialfällen bei ganz niedrigen Re-Zahlen messbar.

Eine gewisse Ablenkung macht die Strömung aber mit. Das ist die Kunst des Flugzeugprofilbaus - den umströmten Körper so zu designen, dass die Strömung möglichst turbulenzfrei hinter dem Körper zurückgelenkt wird, um so den Widerstand (Druckunterschied in Strömungsrichtung) zu minimieren. Deswegen gibts auch für jeden Anwendungsfall unterschiedliche Profile.

Ich werde das Manuskript um einen entsprechenden Beispielfall und die Erklärung ergänzen...

[soundglider]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Zur Erklärung des Druckes sei ergänzend angemerkt, dass die Moleküle tatsächlich durch ein Vakuum fliegen. Daher kann man eine Luftmasse auch komprimieren. Die Eigenbewegung der Teilchen führt dazu, dass sie andere Teilchen wegschieben, so dass sich die Luftmoleküle nicht wie Wasser am Boden sammeln, sondern in der Luft fliegen bleiben.

Auch Wassermoleküle fliegen wild chaotisch durch ein Vakuum (ok hier wirken zwischen den Molekülen stärkere Kräfte usw., aber das ist nicht entscheidend). Und auch Wasser kann man komprimieren (wenn auch nur mit sehr viel Kraft). Und genauso wie sich Wasser am Boden sammelt (Schwerkraft), sammelt sich auch Luft am Boden - wir nennen das die Atmosphäre .

Gasförmig ist strömungsmechanisch fast das gleiche wie flüssig - deswegen spricht man auch von Fluid.

[seidenschwan]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Irgendwie mag das alles schon richtig sein und auch der Physik des ganzen entsprechen.... trotzdem habe ich den Eindruck dass bei den Erklärungen warum ein Flugzeug fliegt fast immer die Hose mit der Beißzange angezogen wird.

Als Kind - so um die 8 bis 10 Jahre- Habe ich mir auch darüber Gedanken gemacht und ich glaube heute dass ich ganz Intuitiv die Sache verstanden habe.

Ich nahm damals ein langes flaches stück Styropor in die Hand und schob es von hinten an in die Luft. Dabei fiel mir auf dass es, wenn ich die vordere Kante ein bisschen nach oben neigte, sofort steigen wollte. Aber nur wenn ich genügen schob..Drückte ich die Kante nach unten, zog es das Ding auch nach unten! Drückte ich zu schwach fiel es mir aus der Hand. Neigte ich das Brett zu stark nach oben klappte es mir einfach aus der Hand.
ich schloss daraus dass das Styroporbrettchen- heute würde ich sagen, der Flügel- einfach auf der Luftmasse aufgleitet wenn ich ihn nur schnell genug anschiebe und die Kante weit genug aber nicht zuviel nach "oben" stellte. tja ich reduzierte es auf- Anstellwinkel und Vortrieb ist Fliegen!

Ehrlich gesagt bin ich auch heute noch davon überzeugt dass es vom Grundprinzip was den Statischen ungestörten Flug betrifft nicht wesentlich mehr ist. Den Vortrieb bekommen wir in der Motrorlosen fliegerei durch das Gewicht.- Sprich durch unsere Lageenergie die wir aufbauen wenn wir auf nen Berg raufgehen. Der Rest mag auch berechtigt sein aber schlussendlich ist`s Makulatur Später kam in der Schule dann Bernoulli und ich dachte mir schon dass da was nicht stimmt .....( hab aber nix gesagt )

Johann

[harald e. wolf]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

also Johann, wie kannst Du das nur so trivial-einfach beschreiben....

Wenn Du hier glänzen willst, musst Du etwas eloquenter schreiben und hochkomplex argumentieren. Und zwar so, dass alle in hermeneutischer Sicht kognitive Probleme haben.

Dein Modell passt allenfalls in den Kindergarten; Altersgruppe vier bis fünf Jahre.

[GerLitz]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Ehrlich gesagt bin ich auch heute noch davon überzeugt dass es vom Grundprinzip was den Statischen ungestörten Flug betrifft nicht wesentlich mehr ist.... Der Rest mag auch berechtigt sein aber schlussendlich ist`s Makulatur ...
Johann

Die Auftriebskraft, die Du erreichst wenn du nur Dein Styroporbrettchen durch die Luft schiebst ist viel, viel kleiner als die, die Du mit einem gut ausgeformten Profil erreichen kannst. Weil Du eben die schönen Effekte verschenkst die sich auf Grund der gekrümmten Profiloberseite abspielen. Sehr eindrucksvoll offenbart sich das zB. bei Windkraftanlagen. Ein einfaches Flügelrad an einem Generator (also schräg gestellte Brettchen) funktionieren natürlich auch, aber was glaubst Du, wieso die Windmühlenhersteller für sehr viel mehr Geld diese aufwändigen Profile bauen?????

Ja, und es gibt eben Leute, die möchten das gerne so gut wie möglich begreifen, worin genau der Unterschied liegt. Um schöne Flüge mit dem Gleitschirm machen zu können, braucht man das alles nicht zu wissen. Vögel haben auch keine Ahnung von dem ganzen Kram und fliegen tausendmal besser und geschickter als wir. Es macht einfach Spaß darüber nachzudenken und auch mal bissel abschweifend zu spinnen .

[seidenschwan]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

Danke Harald

http://www.deutsches-museum.de/sammlungen/verkehr/luftfahrt/propellerflugzeuge/bis-1918/etrich-rumpler-taube/

Die Rumpler Taube. Sie wurde von ihrem Konstrukteur - wie er selbst sagte- rein empirisch konstruiert. ..
Und war das gutmütigste Flugzeug seiner Zeit

[Gast]

AW: Aerodynamik, Lehrbeiträge/-filme

http://www.lilienthal-museum.de/olma/dokvo24.htm