Aerodynamik bei hoher Luftdichte und Kälte < -10° am Gleitschirm

[Thomas Post]

Eine Frage an die Aerodynamik-Spezialisten:

Starke Kälte bei niedriger Luftdichte, z.B. bei hochalpinen Starts oder gar im Himalaya macht den Profilen wenig Probleme: schneller laufen beim Start und in der Luft gleitet man von alleine schneller.

Aber: hoher Luftdruck und Temperatur unter -10° macht offenbar Probleme. Mutmaßung: Da der Schirm nun wesentlich langsamer ist, ist der Abstand zum Sackflug oder Stall so klein, das die Anstellwinkelgrößerung, wie sie z.B. beim Windenstart auftritt, v.a. wenn keine Windenschlepphilfe verwendet wird, zu erhöhter Unfallgefahr beim Starten wie beim Fliegen führt. Ist dem so? Quasi aerodynamisch unumgänglich?

Danke vorab, Thomas

[BeKu]

AW: Aerodynamik bei hoher Luftdichte und Kälte &lt; -10° am Gleitschirm

Hallo Thomas,

das Flügelprofil "interessiert" sich nur für den s.g. "Staudruck".

Dieser ist definiert als:

Staudruck = 0,5*Luftdichte*(Geschwindigkeit zum Quadrat)

Bei gleichem Staudruck verhält sich das gleiche Profil auch gleich.

Die Luftdichte hängt allerdings vom Luftdruck und der Lufttemperatur ab. D.h. bei hoher Luftdichte (wegen höherem Druck oder tieferer Temperatur) genügt eine geringere tatsächliche Geschwindigkeit gegenüber der Luft, um das gleiche Flugverhalten zu haben. Solange nicht in großen Höhen bei dünner Luft gestartet wird, wirst Du aber kaum Unterschiede feststellen. Da beim Temperatureinfluss die s.g. "absolute Temperatur in Kelvin" zum Tragen kommt, spielen +/-10 Grad Celcius nur eine sehr, sehr geringe Rolle. In Deinem Fall wird der Windenfahrer die Seilgeschwindigkeit bei klirrender Kälte also unbewusst um ganz wenige Prozent geringer wählen. Unbewusst, weil er sich wie immer am Seildurchhang (=Schleppkraft) und dem Flugbild (=Anstellwinkel) orientieren wird.

Ganz anders sieht es natürlich aus, wenn sich die Form des Profils (oder die Leinenlängen) durch Nässe/Schnee/Eis etc. verändert.

Grüße
Bertram

[Cacao]

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Bei vielen Flugzeugen wurde früher und z.T. heute mit der „Dichtehöhe“ für die Startleistung hantiert.
http://de.wikipedia.org/wiki/Dichteh%C3%B6he
da kann man sich den physikalischen Zusammenhang ansehen.
„Moderne“ Piloten versuchen die Dichtehöhe aber ad Acta zu legen, weil sie eine „falsche“ Platzhöhe suggeriert, man kann eben schnell mal was falsch machen.

[HANG LOOSE]

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Hi zusammen

Mich interessiert die Eigenschaft des Materials (GS-Tuch, Leinen).
Wie verhalten sich die Materialien bei > -20°c ??

[harald e. wolf]

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Zweifelsohne verändert sich so manches bei Temeraturen unter 20°C.
Hängt u.a. von der LF, Luftdruck und der Tuchstärke ab.

Bei unseren letzten Flügen bei ca minus 23 Grad kamen wir nach 20min mit gefrorenen Segeln am LP an.
Spürbar war auch der deutlich höhere Bremsdruck (steifes Segel) nach nur wenigen Minuten. Noch mehr Druck baute sich beim Landen auf.
Die OS waren danach total weiss und extrem hart (gefroren); an ein sauberes Zusammenlegen nicht zu denken.

Wenn man unter diesen Bedingungen mal die Ohren reinzieht, kann man das z.T. völlig andere Öffnungsverhalten beobachten.
Auch der SOG ist spürbar geringer.
Bestimmte Leinentypen reagieren aber nicht auf diese Kälte.

Ergo fliegen wir im Winter immer bremslos.

Bei alten Schirmen/beanspruchtes Tuch sollte man besonders mit der Bremsstellung aufpassen.

[HANG LOOSE]

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Wie schaut es mit dem beschädigen des Materials aus (Beschichtung, Leinen)?

[on air]

AW: Aerodynamik bei hoher Luftdichte und Kälte &lt; -10° am Gleitschirm

Zweifelsohne verändert sich so manches bei Temeraturen unter 20°C.
Hängt u.a. von der LF, Luftdruck und der Tuchstärke ab.

Bei unseren letzten Flügen bei ca minus 23 Grad kamen wir nach 20min mit gefrorenen Segeln am LP an.
Spürbar war auch der deutlich höhere Bremsdruck (steifes Segel) nach nur wenigen Minuten. Noch mehr Druck baute sich beim Landen auf.
Die OS waren danach total weiss und extrem hart (gefroren); an ein sauberes Zusammenlegen nicht zu denken.

Wenn man unter diesen Bedingungen mal die Ohren reinzieht, kann man das z.T. völlig andere Öffnungsverhalten beobachten.
Auch der SOG ist spürbar geringer.
Bestimmte Leinentypen reagieren aber nicht auf diese Kälte.

Ergo fliegen wir im Winter immer bremslos.

Bei alten Schirmen/beanspruchtes Tuch sollte man besonders mit der Bremsstellung aufpassen.

hmm, liest sich ein bißchen danach, daß unter -20 grad die ohren nicht mehr angelegt, sondern angebrochen werden.
unter -30 brechen sie dann wohl ab..

bei meinem letzten flug gestern (ca -10 grad) habe ich nach der landung reif am segel bemerkt. hatte wohl damit zu tun, daß sich während dem flug ständig wolken gebildet haben an der geländekante.

[Erwin Zipfel]

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Hier ein Auszug aus einem Sicherheitsbericht von Karl Slezak. Nicht mehr ganz neu, aber bei den momentanen Temperaturen sehr aktuell

"Hohe Luftdichte – sackflugfördernd

Jedem Flieger ist die Tatsache bekannt, dass bei zunehmender Höhe die Luftdichte abnimmt und die Fluggeschwindigkeit steigt. Bei Starts im Hochgebirge macht sich dies durch eine spürbar längere Startstrecke bemerkbar.

Aber auch die Temperatur verändert die Luftdichte. Kalte Luft hat eine deutlich höhere Dichte als warme Luft. Bei –5 ° Grad Celsius ist die Luft um ca. 15% dichter als bei 20° Grad Celsius. Luftdichte ist eine der Messgrößen für die Berechnung des Widerstandes am Flügel. Erhöht sich die Luftdichte, so steigt der Widerstand. Ansteigender Widerstand hat eine Reduzierung der Fluggeschwindigkeit zur Folge. Der bereits im Trimmflug langsamer fliegende Schirm ist in Flugsituationen mit hohem Anstellwinkel deutlich früher an seiner Sackfluggrenze. Dies kann bedeuten, ähnlich wie beim Flug mit einem durchnässten Schirm, dass gewöhnlich problemlose Manöver, wie Ohrenanlegen oder die Ausleitung des B-Stalls, mit einem Sackflug enden. Auch der im Abflug ganz leicht hinter dem Piloten hängende Schirm kann bei tiefen Temperaturen bereits dicht an oder schon jenseits der Sackfluggrenze sein.

Fluglehrer, wie z.B. Klaus Irschik von der Flugschule Göppingen, haben von solchen Erfahrungen jedenfalls bereits mehrfach berichtet. Sie verzichten bei Schulungsflügen in kalter Luft auf sackflugkritische Manöver wie Ohrenanlegen oder B-Stall.

Die Erkenntnisse der Zusammenhänge zwischen Lufttemperatur und Sackfluganfälligkeit sind noch ziemlich neu und nicht fundiert. In jedem Fall scheint gesichert, dass die Neigung zu Sackflügen bei tiefen Temperaturen steigt. Schirme, die von ihrer Konstruktion bereits die Tendenz zeigen, die Strömung verlangsamt aufzubauen (verzögertes Hochsteigen beim Aufziehen, verzögertes Anfahren aus dem B-Stall, verzögertes Öffnungsverhalten nach frontalen Einklappern) sind offensichtlich deutlicher von der Problematik betroffen.

Bleibt noch anzumerken, dass sich alle Vorfälle mit Sackflügen, mit einer Ausnahme, bei tiefen Temperaturen um oder unter dem Gefrierpunkt ereignet haben. "

http://www.dhv.de/web/piloteninfos/sicherheit-und-technik/sicherheit/sicherheitsberichte/gleitschirm/betrachtungen-zum-sackflug/

Schöne Flüge, und immer auf der sicheren Seite bleiben, Erwin.

[Tino]

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In jedem Fall scheint gesichert, dass die Neigung zu Sackflügen bei tiefen Temperaturen steigt.

Beim Handeln merkt man es auch. Trotz guten Wind bleibt der Schirm eher hängen und ich muß viel mehr in die A-Leinen greifen.

[audacium]

AW: Aerodynamik bei hoher Luftdichte und Kälte &lt; -10° am Gleitschirm

"Hohe Luftdichte – sackflugfördernd

Jedem Flieger ist die Tatsache bekannt, dass bei zunehmender Höhe die Luftdichte abnimmt und die Fluggeschwindigkeit steigt. Bei Starts im Hochgebirge macht sich dies durch eine spürbar längere Startstrecke bemerkbar.

Aber auch die Temperatur verändert die Luftdichte. Kalte Luft hat eine deutlich höhere Dichte als warme Luft. Bei –5 ° Grad Celsius ist die Luft um ca. 15% dichter als bei 20° Grad Celsius. Luftdichte ist eine der Messgrößen für die Berechnung des Widerstandes am Flügel. Erhöht sich die Luftdichte, so steigt der Widerstand. Ansteigender Widerstand hat eine Reduzierung der Fluggeschwindigkeit zur Folge. Der bereits im Trimmflug langsamer fliegende Schirm ist in Flugsituationen mit hohem Anstellwinkel deutlich früher an seiner Sackfluggrenze. Dies kann bedeuten, ähnlich wie beim Flug mit einem durchnässten Schirm, dass gewöhnlich problemlose Manöver, wie Ohrenanlegen oder die Ausleitung des B-Stalls, mit einem Sackflug enden. Auch der im Abflug ganz leicht hinter dem Piloten hängende Schirm kann bei tiefen Temperaturen bereits dicht an oder schon jenseits der Sackfluggrenze sein.

Fluglehrer, wie z.B. Klaus Irschik von der Flugschule Göppingen, haben von solchen Erfahrungen jedenfalls bereits mehrfach berichtet. Sie verzichten bei Schulungsflügen in kalter Luft auf sackflugkritische Manöver wie Ohrenanlegen oder B-Stall.

Die Erkenntnisse der Zusammenhänge zwischen Lufttemperatur und Sackfluganfälligkeit sind noch ziemlich neu und nicht fundiert. In jedem Fall scheint gesichert, dass die Neigung zu Sackflügen bei tiefen Temperaturen steigt. Schirme, die von ihrer Konstruktion bereits die Tendenz zeigen, die Strömung verlangsamt aufzubauen (verzögertes Hochsteigen beim Aufziehen, verzögertes Anfahren aus dem B-Stall, verzögertes Öffnungsverhalten nach frontalen Einklappern) sind offensichtlich deutlicher von der Problematik betroffen.

Bleibt noch anzumerken, dass sich alle Vorfälle mit Sackflügen, mit einer Ausnahme, bei tiefen Temperaturen um oder unter dem Gefrierpunkt ereignet haben. "

http://www.dhv.de/web/piloteninfos/sicherheit-und-technik/sicherheit/sicherheitsberichte/gleitschirm/betrachtungen-zum-sackflug/

Ich möchte gar nicht in Abrede stellen, daß Schirme bei kalten Temperaturen oder hoher Luftdichte sackfluganfälliger sind, da ich hierüber keine Erkenntnisse habe.

Die gewählte Begründung ist allerdings zumindest aus Aerodynamik-Sicht ziemlich verkehrt. Bei höherer Luftdichte und daher niedrigerer Fluggeschwindigkeit ist ein Schirm ceteris paribus NICHT näher an der Stallgrenze.

Bei höherer Luftdichte steigt der Widerstand und die Geschwindigkeit (true airspeed) sinkt ceteris paribus. Gleichzeitig steigt aber natürlich auch der Auftrieb ceteris paribus (die Luftdichte geht gleich proportional in die Widerstands- und die Auftriebsgleichung ein)! Also kompensiert sich das genau, am Anstellwinkel ändert sich nichts "von alleine". Die "indicated airspeed" (das, was mir ein Staudruck-Fahrtmesser anzeigen würde) zeigt den Stall immer bei gleicher Geschwindigkeit an, obwohl sich natürlich je nach Luftdichte eine unterschiedliche "true airspeed" einstellt.

Aus rein aerodynamischer Sicht sollte ein Flügel daher bei -25 Grad oder +40 Grad C (bzw. unterschiedlichen Luftdichten) im konstanten Gleitflug "gleich gut" funktionieren, die hier angesprochenen Probleme werden wohl eher etwas mit anderem Strukturverhalten des Schirms bei Kälte oder unterschiedlichem "Energiegehalt" (da wir langsamer fliegen) zu tun haben. Und treten offensichtlich vor allem bei Abweichung vom konstanten Gleitflug auf, also speziellen Manövern wie bspw. Ohrenanlegen.

P.S.: Selbstverständlich beziehen sich meine Ausführungen auf den für uns relevanten Geschwindigkeits- und Höhenbereich im Gleitflug und nicht Flüge nahe Schallgeschwindigkeit oder in extremen Höhen für Motorflugzeuge, bei denen noch andere Effekte auftreten.

[harald e. wolf]

AW: Aerodynamik bei hoher Luftdichte und Kälte &lt; -10° am Gleitschirm

on air: Erwin hat es korrekt zitiert. Das Problem existiert. Musst noch nicht mal Wolken haben, aber die verstärken den Effekt noch. Really big ears sind ungut.

Audacium: Warum haben dann die Flächen de-ice? Klaus hat Recht.
Die Ohren gehen - je nach Schirm, Kategorie, Bedingungen (Feuchte) und Startgewicht - z.T. mit 'normalem' Bremseinsatz und Gewichtsverlagerung mitunter nicht mehr auf. Besonders manche unter- bis mittelbeladenene C und D, bei denen ja die Ohren drin bleiben, muss man vorsichtig aber mit stärkerem und gefühlvollem Einsatz öffnen.
Hinzu kommt das bevorzugt an der Eintrittskante verstärkte Icing, das schon mal über gute 50cm Profiltiefe mehrere Millimeter dick werden kann; ein 6kg-Schirm wiegt danach 10 und mehr.
Die Grenzschicht löst sich dadurch früher und gefährlich ab.
Frag mal Drachenflieger mit Mylarsegeln - die Flexis schmieren dann einfach schwer recoverbar ab.

Probiere es am Wochenende aus. Wir erwarten -15°C. Starte mal nach Sonnenutergang. Zieh mal einen satten Front nach 10min Flugzeit, er wird Dir Probleme bereiten (Achtung: + Füssen im Speed!). Die +Kilos vorne lassen das Segel nicht mehr respektive nur langsam nach oben. Grund: Die Eintrittskante liegt wie ein Brett im Wind.
Und nimm eine Anglerwaage mit.

[Laisch]

AW: Aerodynamik bei hoher Luftdichte und Kälte &lt; -10° am Gleitschirmi

Vom Acrofliegen kann ich sagen, dass sich aus Aerodynamischer Sicht nichts ändert.
Stallpunkt z.B ist auch bei "dicker" Luft genau da, wo er immer ist.

Flugtechnisch allerdings ändert sich einiges und ist sicherlich auf das Pendel Gleitschirm - Pilot zurückzuführen.
Dadurch, dass man insgesammt langsamer ist, hat man weniger Energie. Dies wirkt sich bei jedem Manöver aus wo Dynamik im Spiel ist und man muss ganz anderst fliegen als in "schneller/dünner" Luft.
Bei Manövern wie z.B. Heli oder normalem Sackflug verhält sich der Schirm wie immer, außer dass er im Heli langsamer dreht. Korrekturen und Druckpunkt bleiben jedoch gleich außer dass man mehr Zeit hat

Das etwas andere Flugverhalten ist also meiner Meinung nach nur aufgrund der Energie die der Pilot in Bewegung hat zurückzuführen.

-- edit --
Ich spreche jetzt nur von Dicker/Dichter Luft, ohne Einflüsse wie Segelvereisung udgl..

[MURMEL]

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Ihr habt mal wieder alle recht,

wenn sich das Profil nicht ändert, hat audacium Recht. Wer sich wieder an die Aerodynamikformeln erinnert, kann das einfach nachvollziehen, und die werden auch nicht in Zweifel gezogen.

Vereisung am Tragflügel bedeutet aber deutliche Veränderung, Verschlechterung beim Widerstand und beim Auftrieb, damit beim Cw und CA-Wert und natürlich dann erhöhte Stallgefahr.

Vieleicht friert ja auch nach dem Einklapper der Schirm fest. Wenn das Segel feucht ist und 10 ° minus, kann sein. Mir sind mal beim Segeln die Schoten gefroren und ich konnte das Segel nicht mehr öffnen . War im Dezember beim Katamaransegeln.

Michael C.

[audacium]

AW: Aerodynamik bei hoher Luftdichte und Kälte &lt; -10° am Gleitschirm

Audacium: Warum haben dann die Flächen de-ice? Klaus hat Recht.

Flächen haben de-ice, um Eisansatz zu verhindern. Eisansatz möchte man vor allem aus zwei Gründen verhindern:
* nachteilige Profilveränderung, dadurch oft erhöhte Stallgeschwindigkeit
* Gewichtszuwachs

Hat aber nichts mit meinen Ausführungen zu tun.

Und mal ehrlich: Ich bin auch schon öfter im Winter geflogen. Wie oft hatte ich da Reifansatz am Flügel, nur durch das Fliegen? Praktisch nie. Geschweige denn echten Eisansatz.

Und wenn Reifansatz: Kann schon sein, daß das etwas ausmacht. Wenn ich mir allerdings diese doch sehr unglatten Profile mit den ganzen Nähten, Einbuchtungen usw. anschaue, tue ich mir etwas schwer, Reif für problematisch zu halten, im Vergleich zu glatten Hochleistungsprofilen wie bei Segelflugzeugen. Ich neige eher zur Theorie "Segel wird steif" usw.

Klaus hat Recht? Womit? Daß man bei kalten Temperaturen Ohrenanlegen usw. vermeiden soll? Kann sein bzw. bestreite ich gar nicht. Wie geschrieben, habe ich darüber keine Erkenntnis. Welche Begründung hat er gewählt? Die gleiche wie im Artikel von Karl? Dann hätte er da nicht recht. Es ist schlicht ein Mißverständnis bzw. falsch, daß bei höherer Luftdichte ein Flügel langsamer fliegt und daher näher an der Stallgrenze ist.

Wenn bei kalten Temperaturen tatsächlich Probleme auftreten, dann haben sie möglicherweise zu tun mit Änderungen des Segelmaterials, der niedrigeren Energie des Gesamtsystems etc., aber nichts mit "hohe Luftdichte - niedrige Geschwindigkeit - höherer Anstellwinkel - Stall", wie suggeriert wird.

[harald e. wolf]

AW: Aerodynamik bei hoher Luftdichte und Kälte &lt; -10° am Gleitschirm

Die einzelnen Punkte an sich machen es nicht, sondern die Summe.

Klar hat ein Segel eine rauhe Oberfläche, aber erst dadurch fliegt der Schirm sicher. Mit einem sagen wir mal glatten Finish wie HG oder Segler fliegt er fast unberechenbar weil zu langsam. Die Grenzschicht würde über die Breite auf wenige cm abreissen. Frag mal einen Konstrukteur.
Somit ist die nolens-volens grobe Stoff-Struktur ein Segen für den GS.

Deshalb mal nach Sunset testen. Bei feuchten Bedingungen mit entsprechend ausgeprägter Minus-Temperatur vereist das Segel in Minuten.
Die steife Masse mit dem um mehrere Kilo höheren Gewicht verhält sich spürbar anders als das weiche, leichte "Sommer-Modell". Die Kappe kann keine Energie mehr aufnehmen und in Deformationen umsetzen (deshalb wurden in den End-Achzigern die Tube-Protos schnell wieder eingestampft. Habe mal einen italienischen getestet). Dazu die höhere Dichte - und schon fährt der Schirm z.B. nach Abkippen nach hinten deutlich langsamer an. Die Arbeit des Segels um die Querachse wird verlangsamt - steifigkeits-bedingt. Dann etwas zu viel (Schreck-) Bremse - ist unschön. Wenn Du mal einen Schneebrocken oder Pulver von nur 500gr im Schirm hattest - wie verhielt sich Dein Schirm?

Auch die Bremswirkung vs Sommer ist komplett anders (je nach Anlenkung). Bei A- oder LL-B-Mustern ist dies nicht so spürbar. Aber ab HL-B geht's los.

Soweit stimmt aber Deine Aussage, "....daß bei höherer Luftdichte ein Flügel langsamer fliegt und daher NICHT näher an der Stallgrenze ist....".

Dennoch rate ich immer, im extremem Winter mit Vmax zu fliegen. Und die Füsse immer auf der Speedbar.

p.s.: Meine pers. Beobachtung an turbulenten Wintertagen: Kleine Klapper am vorn stark vereisten Schirm kommen anders als im Sommer. Öffnen über die Crossports geht langsamer, da der geringe innere Mehrdruck nicht mehr reicht.

p.p.s: Vor Jahren konnte ich beobachten, wie ein Segel nach minutenlangen big-ears einseitg zu blieb; die Flächen waren an einer Stelle aneinandergefroren. Es war zwar ein älteres Modell mit spürbar dünnem Tuch. Dennoch.