Fliegende Massen über dem Erdboden

[Horst Altmann]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

@JHG
Die Simulation ist simpel aufgebaut mit Punktmasse und vereinfachten Beziehungen für aerodynamische Querkraft und Auftrieb - auch hat der GS zur Vereinfachung eine "unendliche" Gleitzahl, sinkt also nicht gegen Luft. Wichtig ist nur, dass man sehen kann, welche Auswirkungen ein unstetes Windfeld (Bö) hat bei Fliegen mit/gegen Wind. Wegen Trägheit kommt der GS in der Sim dann nicht auf die 2m/s der Böe. Entscheidend ist aber der Unterschied im erreichten Steigwert bei Fliegen mit/gegen Wind.

@Lucian
Bei konstantem Windfeld ist die "Bahn gegenüber Luft" ein Kreis. Die zweite Sim zeigt das ja auch, denn hier ist das horizontale Windfeld gleichmässig und die blaue Kurve ist ein sauberer Halbkreis. Die "Bahn gegenüber Luft" hat so auch durchaus Bedeutung und passt zur allg. Vorstellung. In der ersten Sim bei variablen horizontalen Windfeld wird aus dem Kreis aber etwas Un-Rundes. Das zeigt den Einfluß der Bahngeschwindigkeit auf's Fliegen - irgendwie muss man's ja darstellen.
Beim googeln nach Beispielen hab ich etwas Relevantes zur Simulation gefunden: http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&...46471029,d.bGE Interessantes auf Seite 13.

@chpw
Die Simulation mit der Vertikal-Bö zeigt, dass es einen Unterschied macht, ob man mit oder gegen Wind durch die Bö fliegt. Das 2. Sim-Ergebnis (sofern richtig, ich schick den Code gern jeden der's prüfen mag) stützt die These, dass man beim soaren gegen Wind "besser steigt". Und die erste Simulation zeigt, dass beim Kreisen im variablen Windfeld (Modell für einen von der Thermik abgeschwächten Wind) ein "Versatz" da ist, den man dann durch entsprechendes Steuern ausgleichen soll.
Bei gleichmäßigen Wind fliegt man gegen Wind schöne Kreise und ... muss nichts weiter ausgleichen ... und da hatte ich, das Zitat nochmal gelesen, Schmarrn geschrieben.

LG, Horst

[luaas]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

@JHG
@Lucian
Bei konstantem Windfeld ist die "Bahn gegenüber Luft" ein Kreis. Die zweite Sim zeigt das ja auch, denn hier ist das horizontale Windfeld gleichmässig und die blaue Kurve ist ein sauberer Halbkreis. Die "Bahn gegenüber Luft" hat so auch durchaus Bedeutung und passt zur allg. Vorstellung. In der ersten Sim bei variablen horizontalen Windfeld wird aus dem Kreis aber etwas Un-Rundes. Das zeigt den Einfluß der Bahngeschwindigkeit auf's Fliegen - irgendwie muss man's ja darstellen.
Beim googeln nach Beispielen hab ich etwas Relevantes zur Simulation gefunden: http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&...46471029,d.bGE Interessantes auf Seite 13.

LG, Horst

Lieber Horst,

wenn Du bei einem nicht konstanten Windfeld Dein Bezugskoordinatensystem ebenso "nicht-konstant" verschiebst, wirst Du auch einen Kreis als Darstellung bekommen. Diese eirigen Kurven bekommst Du, weil Du einen fixen bzw. konstant verschobenen Bezugspunkt fern des Gleitschirms wählst. Der Gleitschirm fliegt aber stets in seiner direkten Umgebungsluft. Und gegenüber dieser wechselnden(!) "Umgebungsluft" (mir fällt kein besserer Begriff ein) gezeichnet bliebe Deine Kurve auch ein Kreis.

Alle Schwierigkeiten in der Praxis, eine windversetzte Thermik sauber zu zentrieren, ohne hinten rauszufallen, haben nichts mit der herbeisimulierten Dynamik zu tun, sondern mit anderen Eigenheiten der Schirme, des Pilotenpendels, des Aufrichtmoments, des Gierens, der ungleichmäßigen Bremsenstellung und des ständig bewusst oder unbewusst einwirkenden und sich am Boden orientierenden Piloten, weil der seine "Bahn gegenüber Luft" überhaupt nicht einschätzen kann...

Lucian

[luaas]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Wie oft soll man ihm das denn noch erklären? Ich bin überzeugt davon daß das nichts bringt.
Er will es einfach nicht kapieren. Der Faden hier könnte endlos so weitergehen, ebenso wie der andere....


Gruß,

Sommerflieger

Steter Tropfen höhlt den Stein, vielleicht zumindest bei den Mitlesern

[seidenschwan]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Steter Tropfen höhlt den Stein, vielleicht zumindest bei den Mitlesern

Es ist aber auch wirklich nicht ganz so einfach . Ich muss auch erst immer wieder darüber genau nachdenken. Aber du hast jedenfalls recht....

Johann

[Micha0365]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Steter Tropfen höhlt den Stein

Bei manchen gilt eher: Steter Tropfen höhlt das Hirn ...
Prosit !

[Matschke]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Hier zum Thema Energieschwankungen beim Heli im Zug:

https://dl.dropboxusercontent.com/u/5882993/GS-Forum.pdf

Wenne Zeit/Lust habe (und die Probeleme lösen kann ^^) gibts mehr davon.
Zum GS im Rückenwind/Gegenwind habe mir auch ein paar Gedanken gemacht, aber das ist nicht so einfach wie Heli im Zug.

[Andi1965]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Hallo Matschke, super,

"Ist aber die Geschwindigkeit der Masse und dessen Wegelement zeitabhängig (wie beim Heli im Zug), wird es wesentlich komplexer, da die bekannte Formel für die kinetische Energie nicht mehr gültig ist..."

Deswegen habe ich mir ja immer die konstanten Momente herausgesucht und dann die Energieerhaltungs-Ideen bemüht.
Was passiert nun wenn 2 verschieden konstantschnelle Körper zusammentreffen?
Welche Energie wird frei?
-a- die Differenz der absoluten kinetischen Energie über Grund................(delta 18 ws und mehr)
-b- die Energie, die sich aus der Differenz der Geschwindigkeiten ergibt....(delta bliebe Null, alle sind happy)

Ich neige zu b...dann wieder a...dann wieder b... :-)

Grüße Andi

[tjackermann]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

wenn wir darüber reden ob ein idealisiertes Flugerät gegen Windböen mehr steigt als er beim nachlasssen verliert also -dann ist
a wohl richtig

Die Geschwindigkeit über Grund ist zwar egal aber der Energie wird gegen den Bezugspunkt Gegenwind Böen umgesetzt.
und der ist bei Gleitschirmen im Trimm ~ 30.

Auch wenn der Gegenwind 30 wäre, ist das so. Dann wäre die Geschwindigkeit über Grund aber null.
Fliege ich bei 30 Gegenwind gegen den mal erwähnten Pfosten, habe ich keine Energie dagegen abzubauen also keine Beule.
Fliege ich bei 30 Wind in eine 50er Böe werde ich steigen um die Energie der zusätzl. 20 km/h d. h kurzfristig 50 km/h in Höhe unzuwandeln.

Falle ich aus dem Weltall gerade am Äquator auf die Erde (ja theoretisch ohne mitnehmenden Luftwiderstand), donner ich mit 42.000 km/ 24h also
1750 km/h an den bekannten obigen Pfosten. das ist nach E= m/2x v2 nicht zu überleben.
Also Energie gegen Bezugspunkt ergibt Wirkung!

Was sagte der Mann der aus dem 20. Stock fiel - als er am Balkon des 3. Stockes vorbei fiel - zur der Frau, die da stand.
Kein Angst- bis jetzt ging es gut
T

[Horst Altmann]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Hallo,

Weis gar nicht, wie ich hier noch einen Textbeitrag anfangen soll. Vlt so: Mir geht's wie dem Andreas - bin beim Nachdenken stets hin und her gerissen. Wo ich stets ins Grübeln komme, ist die Sache mit dem Zusammenspiel von aerodynamischen Kräften und die davon abhängige Dynamik (mit Trägheit usw.) des Gleitschirms:
Bei konstanter Steuerung nimmt der Schirm doch gegenüber Luft eine konstante Geschwindigkeit ein, auch wenn die Luft bewegt ist (Wind). Bei Windänderungen passt sich der Schirm schnell mittels Höhenveränderung an und hält so die Eigengeschwindigkeit konstant. Ich hoffe, das ist noch gängige Meinung. Daraus folgte dann auch, dass im Kurvenflug die aerodynamischen Kräfte konstant sind.
Andererseits bewegt sich beim Kreisen mit Wind der GS mal schnell (Rückenwind), mal langsam (Gegenwind) gegenüber Boden und hat so mal hohe, mal geringere "Trägheit". Da die auf ihn wirkende Luftkraft aber immer gleich ist müsste der Einfluss auf die Bahn auch unterschiedlich sein. Und so ist es offensichtlich ja auch: Mit Rückenwind ist die Kurve (über Boden) "weiter", im Gegenwind-Anteil wird die Kurve (gegenüber Boden) enger. Die Bodenspur ist wie eine Brezel (Phygoide in der Geometrie). Dieses rel. einfache Situation ist im 1. Bild dargestellt.

Die Überlegung, dass Bodengeschwindigkeit Einfluss auf die Bahn hat war dann Ausgangspunkt im anderen Thread etwas zum Soaren/Einfliegen in vert. Böen mit Rücken- oder Gegenwindkomponente zu sagen. Hier aber soll's beim Fliegen mit horizontalen Wind bleiben.

Interessant ist es dann auch, ein nicht-konstantes Windfeld zu betrachten. Da das etwas komplexer ist soll die Simulation (Integration Impulssatz) helfen . Bild 2 zeigt nochmal den Fall mit dem "Einbruch" im Windprofil. Die Bodenkurve (rot) schaut jetzt natürlich etwas anders aus. Wenn man aus der roten Bodenkurve den Versatz durch das Windfeld rausrechnet (es gibt dabei keinen fixen oder gleichmäßig verschobenen Bezugspunkt), bleibt die blaue Kurve über. Hatte das "Spur gegen Luft" genannt. Das ist nun kein Kreis mehr, auch nicht geschlossen. Eine einfache Erklärung, warum das blaue Ding offen bleibt hab ich leider auch nicht. Da die Simulation den Flug im konstanten Wind vernünftig wiedergibt würd ich das aber nicht so schnell abtun.

Zuletzt noch ein wechselndes Windfeld, zum Vergleich.

LG, Horst

[Laisch]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Bitte Lieber Wetter Gott, lass die stark böhigen und richtungswechselnden Winde die du über unser Land gebracht hast wieder abflauen, damit wir endlich wieder in konstanten Windpaketen, weit über unserem Bezugspunkt Erde, unsere unrunden Kreise ziehen können und nicht mehr in Versuchung kommen andauernd ins DHV Forum schauen zu müssen ...

[Matschke]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

@Andi1965: Es gibt generell 2 Arten von Stoß:
Elastisch: Die beiden Massen bewegen sich danach separat weiter und die kinetische Energie und Gesamtimpuls bleiben erhalten.
Inelastisch: Die beiden Massen bewegen sich danach zusammengeklebt weiter, die kinetische Energie bleibt nicht erhalten, aber der Gesamtimpuls schon. Die Energiedifferenz wird für die Deformation der beiden Körper verwendet. Das interessante daran ist, die Energiedifferenz ist unabhängig davon, was da zusammenkracht (Autos, Äpfel, Gleitschirmpiloten...)
Dazu kommt noch eine Mischform (s. Link unten).
Da du willst, dass Energie frei wird, gehe ich von einem inelastischen Stoß aus. Unter dieser Annahme ist Antwort c) richtig:
Die Energiedifferenz ist von der Geschwindigkeitsdifferenz und der Massen abhängig.

http://de.wikipedia.org/wiki/Sto%C3%9F_(Physik)#Unelastischer_Sto.C3.9F

[nikolaus]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Mir geht's wie dem Andreas - bin beim Nachdenken stets hin und her gerissen. Wo ich stets ins Grübeln komme, ist die Sache mit dem Zusammenspiel von aerodynamischen Kräften und die davon abhängige Dynamik (mit Trägheit usw.) des Gleitschirms:
Bei konstanter Steuerung nimmt der Schirm doch gegenüber Luft eine konstante Geschwindigkeit ein, auch wenn die Luft bewegt ist (Wind). Bei Windänderungen passt sich der Schirm schnell mittels Höhenveränderung an und hält so die Eigengeschwindigkeit konstant. Ich hoffe, das ist noch gängige Meinung. Daraus folgte dann auch, dass im Kurvenflug die aerodynamischen Kräfte konstant sind.
Andererseits bewegt sich beim Kreisen mit Wind der GS mal schnell (Rückenwind), mal langsam (Gegenwind) gegenüber Boden und hat so mal hohe, mal geringere "Trägheit". Da die auf ihn wirkende Luftkraft aber immer gleich ist müsste der Einfluss auf die Bahn auch unterschiedlich sein. Und so ist es offensichtlich ja auch: Mit Rückenwind ist die Kurve (über Boden) "weiter", im Gegenwind-Anteil wird die Kurve (gegenüber Boden) enger. Die Bodenspur ist wie eine Brezel (Phygoide in der Geometrie).

Ich fände es ökonomischer, diesen Teil (gleichmäßig versetze Luftmasse) wirklich klar zu haben, bevor man sich mit Böen und Gradienten beschäftigt. Vielleicht hilft Dir ein weiteres Anschauungsmodell, die Hin- und Hergerissenheit abzubauen.

Am Himmel:
Ein Gleitschirm der in gleichmäßig versetzter Luft aus seiner Sicht (Bezugssystem ist die Luftmasse) exakte Kreise fliegt. Dabei behält er einen konsequent gleichbleibenden Rollwinkel bei. Warum das so ist, soll durch ein zweites Fahrzeug am Boden plausibel werden.

Am Boden:
Ein Fahrrad fährt auf perfekt ebener Erde in unbewegter Luft immer exakt unterhalb des Gleitschirms, also mit sich ständig änderndem Kurvenradius und sich ständig ändernder Geschwindigkeit. Die weiten Bögen fährt er schneller, die engen langsamer. Falls Du den Zusammenhang aus Kurvenradius und Bahngeschwindigkeit berechnen kannst (ich kann es nicht sondern stelle ihn mir nur vor), wirst Du zu dem Ergebnis kommen, dass die sich "Fliehkraft" und damit die Schräglage des Radfahrers (der sie kompensieren muss, um nicht umzufallen) über den gesamten Kurs nicht verändern.

Die Energie, die der Gleitschirm (gegenüber Grund) aus der versetzten Luftmasse bezieht, muss der Radfahrer freilich selbst aufbringen. Wann immer sich sein Kurvenradius vergrößert muss er ordentlich treten, und sobald er sich verringert, bremsen.

Bedauerlicherweise habe ich nie gelernt, Beschleunigung in Formeln auszudrücken. Sie bleiben für mich ohnehin abstrakt, solange ich mir ihre Aussagen nicht vorstellen kann, und das ist mir bei Quadrat-Sekunden zu schwierig (ich bin ziemlich simpel gestrickt).

Dieses Modell soll nur helfen, die Vorgänge in dem einen Bezugssystems (Luft) auf ein anderes (GND) zu übertragen, um sie dort zu untersuchen, ohne dabei beide zu vermischen (und sich dabei über die Gemeinsamkeit - "Fliehkraft" - und Unterschiede - Bahn-Geometrie und Geschwindigkeit gegenüber der Umgebung - klar zu werden).

LG Jochen

[Wurschterl]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Wenn richtig gerechnet wird ist das Bezugssystem egal - es muss nur richtig gerechnet werden und häufig ist es bei Wahl eines günstigen Bezugssystems einfacher zu rechnen.
1. Beispiel zu Wahl des Bezugssystems egal.
Da ich keine Gleitschirme kollidieren lassen will nehme ich 2 große Plastillinkugeln, die durch die Luft fliegen.
Windgeschwindigkeit 10m/s
Kugel1: Masse m1 = 2kg; Geschwindigkeit v1 über Grund 10 m/s gegen Luft 0 m/s
Kugel2: Masse m2 = 3kg; Geschwindigkeit v2 über Grund 20 m/s gegen Luft 10 m/s

Irgenwann holt Kugel2 Kugel1 ein und wir erhalten eine verbatzte Plastillinmasse
mit Masse m1 + m2 und Geschwindigkeit v3

a) Bezugssystem Boden:
Impulserhaltung: m1 x v1 + m2 x v2 = (m1 + m2) x v3 => v3 = ( m1 x v1 + m2 x v2 ) / (m1 + m2) =
(2kg x 10m/s + 3kg x 20 m/s) /(2kg + 3kg) = 16 m/s
Energieverlust: 1/2 x m1 x v1² + 1/2 x m2 x v2² - 1/2 x (m1 + m2) x v3² =
1/2 x 2kg x (10m/s)² + 1/2 x 3kg x (20m/s)² - 1/2 x 5kg x (16m/s)² = 60 J

b) Bezugssystem Luft:
Impulserhaltung: m1 x v1 + m2 x v2 = (m1 + m2) x v3 => v3 = ( m1 x v1 + m2 x v2 ) / (m1 + m2) =
(2kg x 0m/s + 3kg x 10 m/s) /(2kg + 3kg) = 6 m/s (ist ja auch logisch da 16m/s gg Grund - 10m/s Luft = 6m/s gg Luft)
Energieverlust: 1/2 x m1 x v1² + 1/2 x m2 x v2² - 1/2 x (m1 + m2) x v3² =
1/2 x 2kg x (0m/s)² + 1/2 x 3kg x (10m/s)² - 1/2 x 5kg x (6m/s)² = 60 J
q.e.d.
Richtige Rechnung = gleiche Ergebnisse.

2. Beispiel zu Bezugssystem Luft einfacher:
Drachen fliegt mit 80 km/h gegen Wind der mit 80 km/h bläst (aus Norden, bevor noch jemand frägt). Der Drachen steht also gegenüber Boden ruhig in der Luft (von mir aus sinkt er auch mit 3 m/s).
Nun verringert der Pilot die Geschwindigkeit und setzt sie in Höhe um.
a) Bezugssystem Boden:
v=0 => Energie = 1/2 m v² = 0 => Umsetzen der zur Verfügung stehenden Energie in Höhe geht nicht, da Energie nicht.
b) Bezugssystem Luft:
v=22,22 m/s => Energie = 1/ m v² = Umsetzung der Energie in Höhe möglich.

Als Drachenflieger weiss ich, dass ich bei obigen Beispiel auf jeden Fall einen Höhengewinn erzielen kann, also ist die Rechnung zum Bezugssystem Boden falsch. Hier müsste man wohl noch Windkräfte etc. mit einbeziehen und damit wird es kompliziert.
Wie weit man mit dem Gleitschirm Überfahrt in Höhe umsetzem kann weiß ich nicht - falls das nicht möglich ist sollte man trotzdem nicht daraus schließen, dass für Gleitschirmpiloten Bezugssystem Boden günstiger wäre.

Man kann obiges Beispiel auch Umdrehen also mit 0 km/h gg Wind und damit mit 80 km/h über Grund fliegen. Hier sollte klar sein, dass die Geschwindigkeit nicht in Höhe umgesetzt werden kann, obwohl die Energie über Grund rel. hoch ist. Ausprobieren möchte ich das nicht, da ein Drachen mit 0 km/h gegen Luft etwas ungünstig reagiert.

Gruss A.

[Andi1965]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

Klasse Beitrag A. :-) (seit 2007 ?? :-) )

im v3 steckte mein Denkfehler in der Luft.
Der Drachen ist ein schönes Beispiel.
Er möge einmal bei Windstille, einmal bei 80 km/h Wind Kreise mit 80 Trimm fliegen.

Er fliegt also einmal 80 konstant das andere mal 0 und 160 über Grund.
Bei Windstille kann ich mir sehr kleine Kreise vorstellen. (X Minuten ein Kreis)
Im Fall Wind habe ich ein Problem.
Genügt hier noch die Zeit X/2 um auf 160 zu kommen?

Grüße Andi

[Klaus]

AW: Fliegende Massen über dem Erdboden

2. Beispiel zu Bezugssystem Luft einfacher:
Drachen fliegt mit 80 km/h gegen Wind der mit 80 km/h bläst (aus Norden, bevor noch jemand frägt). Der Drachen steht also gegenüber Boden ruhig in der Luft (von mir aus sinkt er auch mit 3 m/s).
Nun verringert der Pilot die Geschwindigkeit und setzt sie in Höhe um.
a) Bezugssystem Boden:
v=0 => Energie = 1/2 m v² = 0 => Umsetzen der zur Verfügung stehenden Energie in Höhe geht nicht, da Energie nicht.
b) Bezugssystem Luft:
v=22,22 m/s => Energie = 1/ m v² = Umsetzung der Energie in Höhe möglich.

Als Drachenflieger weiss ich, dass ich bei obigen Beispiel auf jeden Fall einen Höhengewinn erzielen kann, also ist die Rechnung zum Bezugssystem Boden falsch. Hier müsste man wohl noch Windkräfte etc. mit einbeziehen und damit wird es kompliziert.
Wie weit man mit dem Gleitschirm Überfahrt in Höhe umsetzem kann weiß ich nicht - falls das nicht möglich ist sollte man trotzdem nicht daraus schließen, dass für Gleitschirmpiloten Bezugssystem Boden günstiger wäre.

geht auch mit Gleitschirm:
ist mir letzten Herbst bei starkem Talwind am Kandel-Landeplatz passiert, ich schwebe mit Trimm mit fast 0-Fahrt gegenüber Boden und 1m/s Sinken ein, berühre fast mit einer Fusspitze den Boden - flaire dezent - sofort hebt es mich 1-2 Meter hoch und nach hinten - ich denke erst "hä?" - und später dann "na klar, falsches Bezugssystem..."

LG Klaus