Wie entsteht Auftrieb

[laumer]

Wie entsteht der Auftrieb am Flügel? Das ist doch die Sache mit Bernoulli oder so ähnlich. Hast ja recht, das hast du in der Flugschule so gelernt - aber auch verstanden?
Mir ist das schon immer etwas komisch vorgekommen.
Es gibt eine alternative Theorie, die ich in einem Beitrag auf meiner HP vorstelle. Man kann den Auftrieb auch mit den Gesetzen des Engländers Newton (Warum fällt der Apfel vom Baum ...) erklären - viel einleuchtender finde ich.
Wenn du neugierig geworden bist, klicke mal auf diese Seite.

https://www.a-laumer.de

Deine Meinung?

[sonnenscheiner]

alles hier

hi, schau mal hier hinein

http://www.akaflieg-bielefeld.de/index.html?http://www.akaflieg-bielefeld.de/theorie.html

Der Sonnenscheiner@epost

[ZToniS]

Guten Tag !
Hier noch zwei interresante Links zu diesen Thema:

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

http://www.diam.unige.it/~irro/lecture_d.html

Gruß
ZToniS

[Urs]

Dass bei einem Flugzeug, das des öftern im Rückenflug unterwegs ist (also bei Akroflugzeugen) das Profil unten und oben symmetrisch ist, unterstützt eigentlich die herkömmliche Erklärung des Auftriebs. Das Profil ist symmetrisch, dass das Flugzeug im Rückenflug nicht "ungespitzt in den Boden rast", wie du es formulierst. Der Auftrieb kommt dort alleine durch den Anstellwinkel zustande. Dieser hat zur Folge, dass die Luftmoleküle auf der jeweilig oberen Seite den längeren Weg zurückzulegen haben als unten und somit beschleunigt werden.
Versuch mal den Trick mit dem Blatt Papier, das du waagrecht knapp unter die Lippen hälst: Wenn du über das durch die Schwerkraft leicht nach unten hängende Papier bläst, wird es angehoben ohne (!) dass du von unten eine Kraft auf das Papier wirken lässt, die Kraft kommt allein vom Unterdruck von oben!

[laumer]

auftrieb

Dabei entsteht doch genau ein nach unten gerichteter Luftstrom - verursacht durch das Blatt Papier. Diesem wirkt eine Gegenkraft entgegen - und diese hebt das nach unten gebogene Blatt.

[Louy]

Alles nicht so einfach......

NUR Bernoulli heranzuziehen ist zwar einfach und einleuchtend, taugt aber in diesem Zusammenhang nicht als Erklaerung. Erstens zwingt niemand die Luftteilchen, an der Hinterkante gleichzeitig anzukommen und zweitens haette dann ein duenner Fluegel (z.B. HG ohne Doppelsegel) keinen Auftrieb.
Natuerlich stimmt der Ansatz mit Newton (erster Beitrag), denn im stationaeren Flug muss in alle Richtungen Kraeftegleichgewicht herschen. Die Luft wird umgelenkt (Abwind hinter dem Fluegel), dadurch entsteht eine nach unten gerichtete Impulsaenderung (Vertikalgeschw. des Abwinds * Massenstrom), die gleich der Gewichtskraft und dieser entgegengesetzt ist.

Am Fluegel bildet sich dabei ein Wirbel (die Aerodynamiker nennen's Zirkulation), der natuerlich von der Anstroemgeschwindigkeit ueberlagert wird. Der sorgt dafuer, dass der hintere Staupunkt (dort fliesst die Luft ab, Luftstrom der Ober- und Unterseite treffen sich) an der Profilhinterkante bleibt (alles andere waere physikalisch nicht sinnvoll). Ohne diesen Wirbel befaende sich der hintere Staupkt. irgendwo auf der Profiloberseite.
Gleichzeitig sorgt er dafuer, dass die Luft oben beschleunigt und unten abgebremst wird (auch duenne Profile liefern Auftrieb!). Jetzt kommt wieder der gute alte Bernoulli ins Spiel, der die unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Druck(-verteilung) und Auftrieb umsetzt.

Dieser Wirbel erstreckt sich ueber die ges. Spannweite und da ein Wirbel nicht einfach irgendwo anfangen und aufhoeren kann zeigt er sich als Randwirbel an den Fluegelspitzen (knickt nach hinten ab) und verschwindet dann im Nirvana.

Wenn ich das richtig gesehen habe, geben die Links des zweiten Beitrags das in etwa so wieder, nur etwas laenglicher.

Hoffe, damit etwas zur Klaerung des Problems beigetragen zu haben,
Louy

[Jürgen R]

bernoulli out...??!!

sehr erstaunlich ist es schon, wenn sich nach den berechnungen von eberhardt/anderson von der uni washington die zum abheben bei 100 km/h erforderliche auftriebskraft bei einer cessna 172 nur lediglich zu 2 % aus dem bernoulli-effekt ergeben kann. wenn die berechnung stimmt (was man als laie ja nicht nachprüfen kann, aber sie klingt plausibel), müssen die anderen 98 % also eine völlig andere begründung haben. (ausserdem bedürfen dann wohl unser schulwissen wie auch die schulungsgrundsätze in der gs/hg-pilotenausbildung erheblicher überarbeitung)

die erläuterungen von lamer & co., dass der an der austrittskante nach unten strömende luftstrom die auftriebskraft im wesentlichen begründe (newton), hat für mich auf den ersten blick den mangel, dass schon mindestens die hälfte der gesamten auftriebskraft im ersten flügelviertel hinter der eintrittskante vorhanden ist. mein newtonverständnis sagt mir, dass jede kraft zum entfalten einer wirkung eines angriffspunktes bedarf. wie sollte dieser, wenn die kraft sich aus dem nach unten gerichteten luftstrom am flügelende ergibt, soweit nach vorne gelangen...? wurde zur verlagerung dieses angriffspunktes die zirkulationstheorie erfunden..?

beste grüsse

jürgen

[MH]

Re: Wie entsteht Auftrieb

Original geschrieben von laumer auf seiner Website
Was machen die oberen Luftteilchen, wenn sie an der Hinterkante angelangt sind? Falsch, sie warten nicht auf jene der Unterseite, sondern sausen (idealerweise) geradeaus weiter – da heißt nach unten. Damit entsteht eine nach unten gerichtete Kraft, und irgendwo muss gleiches wieder nach oben gehen.

Und da seh´ ich an dieser alternativen Erklärung doch einen Haken. Es wären nämlich eigentlich die unteren Teilchen, die aufgrund ihres kürzeren Weges auf die oberen warten müßten, also genau umgekehrt.

Den vorangehenden Feststellungen zur Unsinnigkeit des hinlänglich bekannten Erklärungsmusters mittels "längerer Weg -> schnellere Strömung" stimme ich allerdings zu.

Um dem ganzen die Krone aufzusetzen hier mal die Erklärung, wie ich sie mal in der Luftfahrzeuge-Vorlesung gehört habe (es war dann so etwa die 54ste):

Wie richtigerweise schon angemerkt wurde, müßte der hintere Staupunkt (an welchem sich Ober- und Unterseitenströmung wieder treffen) unter Vorraussetzung gleichlanger Wegstrecken an der Flügeloberseite vor der Hinterkante sitzen.
Nun ist es so: In dem Moment, wo sich das Flugzeug am Flugplatz in Bewegung setzt beginnt nun die untere Strömung um die Hinterkante herum zu diesem an der Oberseite gelegenen Staupunkt zu strömen. Dabei gerät sie zwangsläufig in Rotation und erhält einen Drall, außerdem bleibt dieser sogenannte Anfahrwirbel am Startpunkt am Flugplatz stehen!
Und jetzt setzt gleichzeitig aus Gründen der Drallerhaltung (rotatorisches Pendant zur linearen Impulserhaltung) ein entgegengesetzter Wirbel um das Tragflächenprofil herum ein, welcher in Überlagerung mit der Anströmung die Geschwindigkeitsdifferenzen an Ober- und Unterseite bewirkt! Alles klar? Ok, wenn ich´s nicht live gehört hätte, ich hätt´s auch nicht geglaubt
Alles ohne Gewähr ...


Die Auseinandersetzung mit dem Phänomen des Profilauftriebs führt einen meiner Erfahrung nach jedenfalls fast immer auf zeimlich dünnes Glatteis, selbst Fachleute haben da teils enorme Erklärungsnöte, nicht selten widersprechen sie sich dabei auch noch.

Ich hab´ Erklärungen des Auftriebs in insgesamt drei Vorlesungen gehört, in einer davon sogar zwei. Und jede hat´s wieder anders dargestellt!


Aber zum Glück haben wir ja hier unsere Luftfahrttechnikstudenten bzw. -studierten

Markus
Born to glide

[Jürgen R]

fragen über fragen.....

wasser soll sich als flüssiges medium ja wohl prinzipiell, vom dichte-unterschied mal abgesehen, gleich verhalten wie die luft, sagt jedenfalls die theorie.

warum also erhebt sich ein mehrere 1000 tonnen schweres und beschleunigtes tragflügelboot aus dem wasser (hat also gigantischen auftrieb), wenn der anstellwinkel der vergleichsweise winzigen unterwassertragflügel und die input-power in form von motorkraft und daraus resultierender geschwindigkeit stimmen...? wegen des bernoulli-effektes...? warum kann ich eine tonnenschwere segelyacht mit einem verhältnismässig kleinen rudereinschlag seines winzigen, symmetrisch geformten steuerruders „auf dem teller“ drehen und dabei tonnenweise wasser durch die gegend schieben...? wegen des bernoulli-effektes...? warum hebt sich ein ölscheich-motorschnellboot, wenn die gestaltung des unterwasserrumpfes einen positiven, nicht zu grossen anstellwinkel aufweist, aus dem wasser...? hallo, wo ist bernoulli, die flügeloberseite fehlt...?

also meiner unmassgeblichen und theoretisch völlig unfundierten mindermeinung nach hat auftrieb so gut wie nix mit bernoulli zu tun (von den 2 %, siehe cessna, mal abgesehen), sondern nur was mit dem anstellwinkel einer fläche, der trägheit der zur seite zu schiebenden/ziehenden luft- oder wasserteilchen, der geschwindigkeit der das flüssige medium teilenden fläche und last but not least der in den vorgang hineingesteckten kraft.

warum fliegt kein scheunentor...? natürlich fliegt auch ein scheunentor, wenn das druntergehängte düsenaggregat gross genug ist, der anstellwinkel stimmt und das teil stabil genug gesteuert werden kann. guckt euch die us-stealth-kisten an, sind doch scheunentore, oder...?! hast du schon mal die hand aus dem fenster eines schnell fahrenden autos gehalten..? der geringste positive anstellwinkel reicht, um die hand auch ohne bernoulli-profil nach oben schiessen zu lassen. bist du schon mal motorrad gefahren und hast den kopf gedreht bei 200 km/h...?

nichts gegen bernoulli, aber der ist nun mal ziemlich tot, scheint mir jedenfalls so....

good nite....

[AndreasR]

so geht das mit dem Auftrieb ...

Hallo Flieger,

ich wußte gar nicht, dass der Auftrieb eine so mystische Sache darstellt. Ich habe zwar seiner Zeit die Vorlesung Technische Strömungslehre geschmissen und ein anderes Nebenfach gewählt, aber ein wenig Licht ins Dunkel kann ich bringen.

1. Ein symmetrisches Profil (der Rückenflug weiter oben) unterscheidet sich von dem uns bekannteren asymmetrischen lediglich dadurch, dass es bei Null-Anstellwinkel keinen Auftrieb erzeugt (nur Widerstand). Die uns geläufigen Profile erzeugen schon bei besagtem Null-Anstellwinkel einen Auftrieb und haben auch ein höheres Ca-max (hoher Anstellwinkel, kurz vor dem Stall). Das ist gut beim Landen, weil die minimale Speed dann nicht so hoch ist usw usw.

2. Wasser und Luft unterscheiden sich gewaltig! Flüssigkeiten sind inkompressibel, Gase dagegen bilden beim Umströmen des Flügelprofils messbare (!) Über- und Unterdruckgebiete. Wasser muß tatsächlich verdrängt werden und bei seiner ca 1000fach höheren Dichte muß man eine recht kleinen Fläche nur schnell genug bewegen und schon läuft sie fast wie auf Schienen durch dieses Medium (Trägheitskräfte). Dieser Effekt spielt in der Luft bei unserer Flächenbelastung eine untergeordnete Rolle denn

3. Tatsache ist, das bei Strömungsexperimenten im Labor oder bei Fahrten mit dem Meßwagen (letzteres weiss ich von Bernd Schmidtler) ja gezielt die Luft vor dem Flügel gestört (=verwirbelt) werden kann, die über den Flügel streicht oder eben unten drunter. Dabei zeigt sich ganz eindeutig, dass der Auftrieb weit stärker vom Unterdruck über dem Flügel stammt, als vom Überdruck unter dem Profil. Bernd Schmidtler sagt, bei den Drachen sei das Verhältnis auf jeden Fall größer als die in der Literatur üblicherweise genannten 2/3 zu 1/3. Der Auftrieb bricht fast völlig zusammen, wenn die oberen Luftschichten "geärgert" werden. Das spricht aber krass gegen die Vorstellung, das der Flügel den Auftrieb auf Grund vom Anstellwinkel durch das Verdrängen der Luftmassen an seiner Unterfläche erzeugt!

Im Gegenteil "saugen" wir uns viel mehr durch die Gegend als das wir dabei "aufschwimmen"! Das spricht gegen unsere Vorstellung, weil wir Er-fahrungen (wörtlich zu nehmen) auf diesem Gebiet in nenneswertem Umfang mit dem nassen Element gemacht und einfach übertragen haben. Die Tragfähigkeit der Luft erfühlten wir erst, seit wir den Übungshang betraten (mit der Er-fahrung vom Baggersee im Hinterkopf = aufschwimmen).

Bernoulli lebt! So ist es halt. Ich kanns auch nicht besser erklären weil bei mir die Vorstellung nur vom Faktenwissen lebt. Bernoulli habe ich deswegen nicht besser verstanden als der Rest hier im Forum. Da man den Effekt messtechnisch sehr leicht erfassen kann, erübrigen sich eigentlich weitere Diskussionen - die ich damit natürlich nicht abblocken möchte!

Gute Nacht und träumt schön vom Auftrieb, der uns trägt ... welch wunderbares Gefühl!

Andreas

[Jürgen R]

merci...

wenn ich eberhardt richtig verstanden habe, sagt er auch, dass wir uns durch die luft saugen
und nicht schieben ?! but, what shall's, hauptsache die kiste fliegt...

ich träume wohl nicht vom auftrieb, sondern eher von besserem wetter und vom frühling...

beste grüsse

jürgen

[ekke]

auftrieb

Du hast recht Jürgen !

Aber man kann sich damit nett die Regen-Zeit vertreiben.
Für alle, die so neugierig sind wie ich:

http://www.diam.unige.it/~irro/lecture_d.html

http://home.t-online.de/home/heike.wippich/homepage.htm#Warumfliegtein

http://home.t-online.de/home/alexander.hause/16.htm

http://www.city-erlangen.de/windkanal/index.htm

ekke

PS: Bernulli lebt!

[mad]

Wer's genau wissen will:

Beim Deutschen Modellflugverband (DMFV) gibts im Onlineshop ein tolles Aerodynamikbuch.
Autor ist ein Italiener. Das Buch ist wirklich empfehlenswert und gar nicht teuer.

Markus

http://www.paragliding-kochertal.de.vu