Gleiten gegen den Wind

[moses]

AW: Gleiten gegen den Wind

@Laisch: shit jetz bin ich auch noch auf die Schnelle drübergestolpert... der Versuch dient tatsächlich nicht dazu, da ich ja bereits mit der Luftmasse "mitschwimme"

[Horst Altmann]

AW: Gleiten gegen den Wind

Hallo,

Auch wenn's so mancher schockierend oder zum kringeln findet - es gibt einen Einfluss der Absolutgeschwindigkeit (gegen Boden) auf das Flugverhalten des Gleitschirms. Mit dem Wind fliegen fühlt sich (zumindest für mich) anders an als gegen den Wind.

Wen's technisch interessiert hier die Flugphysik dahinter. Und wen's nicht interessiert bitte nicht lesen und dann auch nicht kommentieren:
Bei der flugmechanischen Formulierung der Bewegungsgleichungen kriegt man für die vertikale Kraftgleichung Folgendes (ohne Betrachtung von Seitenbewegung):
m * (dw/dt - q*u) = sum(Fz). Darin:
m: Gesamtmasse
u,w: Körperfeste (!) Komponenten der Absolut-Geschwindigkeit(!) in horizontaler und vertikaler Richtung
q: Nickgeschwindigkeit
x,y,z gemäß Luftfahrtnorm nach vorne, rechts, unten

Und daraus lässt sich bereits einiges ablesen: Ist der Flug zB durch einen Aufwind gestört - also sum(Fz) ein bestimmter Wert - gibts je nach Größe von u zwei Muster:
Ist gerade die absolute Horizontalgeschwindigkeit u klein oder Null geht Fz voll in eine vertikale Beschleunigung über. Dies ist gleichbedeutend mit abrupten Anstellwinkelanstieg und somit Anstieg von Auftrieb und Widerstand. Der Schirm kippt nach hinten und steigt mächtig. Ich kenn das auch so wenn man beim Soaren gegen den Wind in eine Aufwindbö einfliegt. Das ist m.M. das Prinzip hinter der Aussage: Beim soaren mit Gegenwindkomonente steigt's besser (im Thermikbuch unter dem Kapitel "Drehsinn von Thermikblasen" zu finden).

Ist gerade die absolute Horizontalgeschwindigkeit u groß nimmt der Term q*u einiges vom Fz bereits auf (Fz ist wegen z nach unten neg. bei Aufwindbö) und der Anstellwinkelanstieg dw/dt fällt entsprechend kleiner aus. Oder in anderen Worten: Die hohe Absolutgeschwindigkeit führt zu einem stabileren, stärker gedämpften Flug. Das wollte ich bisher mit dem Begriff "Trägheit" aussagen. "Was schnell fliegt, fliegt satter", bzw.: Ein Flügel, der schnell geflogen werden kann, hat ein (gefühlt) besseres Gleiten gegen den Wind.

Das ist freilich theoretisch, akademisch, aber nicht Blödsinn. In den flugmechansichen Simulationen zeigt sich das und in meiner gefühlten Flugpraxis auch.

LG, Horst

[H.M.Murdoch]

AW: Gleiten gegen den Wind

....
Bei der flugmechanischen Formulierung der Bewegungsgleichungen kriegt man für die vertikale Kraftgleichung Folgendes (ohne Betrachtung von Seitenbewegung):
m * (dw/dt - q*u) = sum(Fz). Darin:
m: Gesamtmasse
u,w: Körperfeste (!) Komponenten der Absolut-Geschwindigkeit(!) in horizontaler und vertikaler Richtung
q: Nickgeschwindigkeit
x,y,z gemäß Luftfahrtnorm nach vorne, rechts, unten

.....
LG, Horst

Gib mir wenigstens die Chance das nchzuvollziehen.
Was ist denn jetzt Fz?
Für mich liest sich die Gleichung etwas schräg:
Masse M mal (Klammer auf) Geschwindigkeitsänderung dw/dt (=beschleunigung) - Geschwindigkeit Q mal Geschwindigkeit U (Klammer zu) = summe von Fz (= irgendwas).
Also von einer Beschleunigung ein Geschwindigkeitsquadrat subtrahieren ergibt was genau? (ich weiss es nicht)

[Markus R]

AW: Gleiten gegen den Wind

So, auch ich will was ablassen:

Gegen den Wind neigt so mancher Pilot nicht ohne Grund mit Gas zu fliegen. Somit wird die Auslegung des Schirms im beschleunigten Zustand interessant (zB das Profil, Krümmung, Aufhängung und Anlenkung derselben über die Gurte und und und). Von anderen Usern als Teil der Polare beschrieben.

Nun gleiten wir so gegen den Wind dahin und eine Böe erfasst uns. Ob der Schirm nun sein Profil stark verformt (Extremfall: Klapper) oder sehr formstabil bleibt - das hat wohl mächtig Auswirkung auf die erflogene Gleitleistung.

Da beim (beschleunigten) Fliegen gegen den Wind in thermisch aktiver Luft immer wieder Schlaglöcher eingelagert sind, hat sich vermutlich die Kurzform "Gleiten gegen den Wind" eingebürgert.

Bin am Sonntag gesamt etwas über 4,5h in der Luft gewesen. Es ist mir wiederholt aufgefallen, dass die wenigsten Piloten ihr Gaspedal in ihre Flugtaktik miteinbeziehen - obwohl gute Thermik und Wind im Spiel war. Vielleicht sollte eher ein Thread gestartet werden: Warum verwenden 80% ihr Gaspedal nie?

[reinhard may]

AW: Gleiten gegen den Wind

Hallo
Bei dieser interessaten Diskussion ist mir noch ein Gedanke gekommen,welchen Einfluss hat die Schirmfarbe und das unterschidliche Design auf die Gleitleistung gegen den Wind.Sieht z.B ein Regenbogenschirmdesign schnell.oder langsam aus und hats eine Einfluss auf die Gegenwindgleitleistung bzw.das Gleiten gegen den Wind.:-!;-)
Und,hat der Boom 9 aufgrund seines optischen Design Vorteile?:-)
Gruss Mayer

[Quaxi]

AW: Gleiten gegen den Wind

Hallo Horst,

Beispiel 1:
Es gibt ja diese kleinen Mini-Hubschrauber für zuhause.
Setzt dich mit so einem Teil in einen ICE, warte bis dieser 200 km/h fährt und fange an mit dem Modellhubi im Waggon Kreise zu fliegen. Glaubst du du wirst einen Unterschied merken ob du in die Fahrtrichtung oder aus der Fahrtrichtung drehst?

Anderes Beispiel:
stell dir einfach vor es gäbe einen riesigen Ballon. Sagen wir mal 500 x 500 x 500 Meter. Auf jeden Fall so groß, dass wir in diesem Ballon drinnen ein paar Runden fliegen könnten.
Gesagt getan: Wir drehen in diesem Ballon drinnen ein paar Runden mit unserem Schirm. Wir könnten aber durch die Ballonhülle nicht nach draußen schauen und sehen ob sich der Ballon bewegt oder nicht bzw. ob der Ballon mit dem Wind vertragen wird oder nicht.

Glaubst du du würdest merken ob sich der Ballon KONSTANT bewegt oder nicht?

Du würdest mit dem Hubi oder in unserem Phantasieballon höchstens eine Geschwindigkeitsänderung aka "Beschleunigung" merken. zB Vollbremsung des Zuges von 200 km/h auf 0 km/h --> Dein Hubi würde wie eine Fliege an der Windschutzscheibe an der Zugtür zerklatschen. Aber bei konstanter V merkst du im Ballon und im Zug gar nichts.

Jetzt einfach die "Hüllen" (Ballon- oder Waggonwand) subtrahieren und "TADAAAAA" ... es hat klick gemacht

ihl
quaxi

PS: hab es selber auch lange nicht kapiert, bis mir mal pipo das Zugbeispiel (damals mit einer Fliege) erläutert hat.

[andsch]

AW: Gleiten gegen den Wind

Mit dem Wind fliegen fühlt sich (zumindest für mich) anders an als gegen den Wind.

Echt? für mich fühlt es sich haargenau gleich an.
Wer hat jetzt recht?

[Andi1965]

AW: Gleiten gegen den Wind

diesen kleinen Mini-Hubschrauber haben wir vorhin mit 18 20 und 22 meter/sec an die tunnelmauer geflogen...es gab 3 verschieden große Flecken...

Trotzdem scheint was dran zu sein... die kinetische energie scheint sich nicht in Luft übetragen zu lassen..irgendwie

Wir hatten diesen Faden schon. Eine 747 wurde auf 300 km/h beschleunigt. Mit viel Kerosineinsatz. Sie hob ab und die Energie war verschwunden ??
Quaxi suche besser den Taschenrechner...wo ist die kinetische Enertgie der 747 ??? Wo..? 2*2, 20*20...22*22 ich rechne es vor...scheint mein job hier zu sein

[Andi1965]

AW: Gleiten gegen den Wind

Die kinetische Vorwärtsenergie (W kin) spielt meiner Meinung ja keine Rolle hier, aber vielleicht kommen wir einem Denkproblem auf die Spur, dass ich auch selbst noch habe.
Der Zug mit 200 Km /h also 55,55 m/s. Der Mini Heli 4 Kg saust mit 1 m/s im Kreis.
Wie man es nimmt fliegt er mal mit 56,55 mal mit 54,55 m/s über Grund. Mal mit 6395,805 Ws (Wattsekunden) mal mit 5951,405 Ws über Grund. Oder mit 2 Ws konstant?
Würde der Zug anhalten verformt sich der Heli an der Zugwand mit 6395 bis 5951Ws zu Schrott. Das ist sicher. Zum Heli im Freien. Die einen sagen er fliegt mit 2 Ws in die Böe, die anderen er fliegt mit 6395 Ws in die Böe.(Er könnte jetzt natürlich auch 6395 Ws in Höhe umsetzen) Also supereinfach ist das nicht. Die Profies sagen 2...ich habe keinen Plan.
Dieses Vorstellungsproblem ist hier schon lange. Leider hier ein OT. Ich hoffe es klärt sich auf.

W kinetisch sei 0,5 * Masse * Geschwindigkeit * Geschwindigkeit. (Gilt bei konstanten Geschwindigkeiten). Über Vorher/Nachher Betrachtungen (Energieerhaltung) kommen wir um Delta v ....Integrale...dw..herum..

[Quaxi]

AW: Gleiten gegen den Wind

Ok... Jetzt weiß ich auch nicht mehr weiter
Nimm statt dem minihubi doch einen papierflieger. Dem ist die kinetische energie im zug schnurz. Er wird trotzdem beim geringsten lufthauch im zug abteil eine “störung “ kassieren. Egal ob in oder gegen die fahrtrichtung.

Jetzt klick??

[andsch]

AW: Gleiten gegen den Wind

Was solls, ich versuchs mal

Wie man es nimmt fliegt er mal mit 56,55 mal mit 54,55 m/s über Grund.

Realtiv zum Erdboden unter dem zug fliegt er mal mit 56,55 m/s, mal mit 54,55 m/s
Relativ zur Erdachse am Equator fliegt er mal mit 463 m/s, mal mit 465 m/s
Relativ zur Sonne im Orbit fliegt er mal mit 29779 m/s, mal mit 29781 m/s

Jetzt kommts:
Relativ zum Boden im Zug fliegt er immer mit 1 m/s
Relativ zur Luftsäule im Zug fliegt er auch immer mit 1m/s

Groschen gefallen?

[Andi1965]

AW: Gleiten gegen den Wind

Nun, es bewegt sich was um den Groschen....Dank guter Beiträge..ich (viele hoffentlich) bin denkend... :-)

Danke Andsch, Quaxi
... denk denk..

[soundglider]

AW: Gleiten gegen den Wind

Hallo Horst,

Beispiel 1:
Es gibt ja diese kleinen Mini-Hubschrauber für zuhause.
Setzt dich mit so einem Teil in einen ICE, warte bis dieser 200 km/h fährt und fange an mit dem Modellhubi im Waggon Kreise zu fliegen. Glaubst du du wirst einen Unterschied merken ob du in die Fahrtrichtung oder aus der Fahrtrichtung drehst?

Anderes Beispiel:
stell dir einfach vor es gäbe einen riesigen Ballon. Sagen wir mal 500 x 500 x 500 Meter. Auf jeden Fall so groß, dass wir in diesem Ballon drinnen ein paar Runden fliegen könnten.
Gesagt getan: Wir drehen in diesem Ballon drinnen ein paar Runden mit unserem Schirm. Wir könnten aber durch die Ballonhülle nicht nach draußen schauen und sehen ob sich der Ballon bewegt oder nicht bzw. ob der Ballon mit dem Wind vertragen wird oder nicht.

Glaubst du du würdest merken ob sich der Ballon KONSTANT bewegt oder nicht?

Du würdest mit dem Hubi oder in unserem Phantasieballon höchstens eine Geschwindigkeitsänderung aka "Beschleunigung" merken. zB Vollbremsung des Zuges von 200 km/h auf 0 km/h --> Dein Hubi würde wie eine Fliege an der Windschutzscheibe an der Zugtür zerklatschen. Aber bei konstanter V merkst du im Ballon und im Zug gar nichts.

Jetzt einfach die "Hüllen" (Ballon- oder Waggonwand) subtrahieren und "TADAAAAA" ... es hat klick gemacht

ihl
quaxi

PS: hab es selber auch lange nicht kapiert, bis mir mal pipo das Zugbeispiel (damals mit einer Fliege) erläutert hat.

Jap, funktioniert, aber nur in konstantem Wind. Sobald der Zug mit 200kmh eine Kurve fährt (=Beschleunigung=Windrichtungsänderung=Böe) klatscht dein Hubi gegen die Wand bzw. Boden/Decke wenns eine vertikale Kurve ist.

Lass uns das Beispiel noch weiter denken: Wenn der Hubi 200kmh gegen die Zugfahrrichtung fliegt, wird er von der Kurve nix merken, dh. auch nicht gegen die Wand klatschen. Ähnliches Beispiel: Wenn man außen auf einer drehenden Scheibe gegen die Drehrichtung rennt, passiert nix, wenn man stehen bleibt, fliegt man nach außen.

Umgekehrt: Der Hubi fliegt nun 200kmh in Fahrtrichtung: Jetzt ist die Kurvenbahngeschwindigkeit doppelt so schnell und er klatscht noch stärker an die Wand/Boden.

Ist der Hubi mit dem Zug verbunden, erfährt er eine Beschleunigung, weil seine x-Geschwindigkeitskomponente und seine y-Geschwindigkeitskomponente sich ändern. Der Betrag des Geschwindigkeitsänderungsvektors (=Beschleunigungsvektor) ist die sogenannte Zentrifugalbeschleunigung.

Letztes Beispiel: Befindet sich im Zug (=Wind) ein weiterer kleiner Zug auf Schienen (=Gleitschirm) im Zug, und fährt dieser entgegen der Fahrtrichtung während der große Zug eine Kurve fährt, wird der kleine Zug eine entsprechend geringere Beschleunigung erfahren als wenn er in Fahrtrichtung fahren würde


Zurück zum Gleitschirm:
Wenn sich durch eine Böe eine Geschwindigkeitskomponente (relativ zum Gleitschirm!) ändert, wirkt das altbekannte 2. Newtonsche Gesetz: Geschwindigkeitsänderung des Gleitschirms = (Luftkraft-Gewichtskraft) / Masse, dh. die Beschleunigung ist proportional zur Kraft. Die Luftkräfte wirken dabei wie gewohnt entsprechend des Anströmwinkels, und das System schwingt sich in einen neuen Zustand ein, in dem das stationäre Kräftegleichgewicht wieder erfüllt ist.

Betrachten wir jetzt ein System mit konstantem horizontalen Wind, in den eine wellenförmige vertikale Böe eingelagert ist.

1. Die vertikale Böe bewegt sich mit dem Wind mit (z.b. Thermikblase, Turbulenz):

------1.1. Ein GS kommt mit dem Wind angeflogen und "sieht" die Thermikblase mit seiner Eigengeschwindigkeit (TAS) auf sich zukommen. (TAS_Thermik=0, TAS_GS=37km/h)

------1.2. Ein GS fliegt gegen den Wind und "sieht" die Thermikblase ebenfalls mit seiner Eigengeschwindigkeit (TAS) auf sich zukommen.

--------> Die Geschwindigkeitsänderung und damit die Reaktion des Schirms ist in beiden Fällen identisch

2. Die vertikale Böe ist stationär (z.b. Hangaufwind, stationärer Thermikschlauch):

------2.1. Ein GS kommt mit dem Wind angeflogen und "sieht" den Hangaufwind mit seiner Eigengeschwindigkeit (TAS) + der Windgeschwindigkeit auf sich zukommen. (TAS_Hangaufwind=-V_wind, TAS_GS=37km/h)

------2.2. Ein GS fliegt gegen den Wind und "sieht" den Hangaufwind mit einer Eigengeschwindigkeit (TAS) - (!) der Windgeschwindigkeit auf sich zukommen.

--------> Die Geschwindigkeitsänderung ist im ersten Fall schneller als im zweiten, dh. die Beschleunigung ist stärker, entsprechend sind auch die Luftkräfte anders!



@Horst: Du siehst, man kann dies auch komplett ohne die Absolutgeschwindigkeit argumentieren. Die von dir gezeigte Formel für den flugmechanischen Aufschwung ist nur im Fall ohne Wind anwendbar und zeigt daher nicht alles. Wenn du die Formel mit Wind im Absolutsystem für körperfeste Geschwindigkeitskomponenten herleitest, müssten noch einige zusätzliche Terme entstehen (Coriolis und Euler-Beschleunigung) und irgendwo würde die Windgeschwindigkeit auftauchen (im Studium hätt ichs noch gekonnt ;-) ).

[seti1337]

AW: Gleiten gegen den Wind

Für Physik Grundlagen sollte man sich vielleicht erstmal mit einfachen Dingen beschäftigen......ich empfehle dieses Video für Alle die Schwierigkeiten mit dem Verständnis für Beschleunigung etc. haben.

http://www.wdr.de/tv/kopfball/sendungsbeitraege/2013/0106/

Meiner bescheidenen Meinung nach eine tolle Sendung, die immer mal wieder interessante Begebenheiten anschaulich erklärt.

[Horst Altmann]

AW: Gleiten gegen den Wind

@ Murdoch
Die Terme in der Klammer kommen daher, dass für die Formulierung des Impulssatzes ein mitbewegtes, körper-festes System genommen wird - das ist in der Flugmechanik so üblich und vereinfacht den Übergang zur Berechnung der aerodynamischen Kräfte. Das körper-feste System ist zB fest mit dem (als starr gedachten) Schirm verbunden mit x-Achse Hinterkante-Nase usw. Für die zeitliche Ableitung eines Vektors, der im bewegten, körperfesten System angeschrieben ist gilt dann salopp gesagt: Absolute zeitliche Ableitung = Relative zeitliche Ableitung + Omega x Vektor. Omega ist dabei der Rotationsvektor des bewegten, körperfesten Systems, das "x" steht für Vektorprodukt. Das q in der Formel ist somit die Nick-Geschwindigkeit, eine Rotationgeschwindigkeit mit Einheit rad/s. Wenn man das mit der Geschwindigkeit u [m/s] multipliziert hat es die gleiche Einheit wie dw/dt [m/s2]. Fz ist die Summe der Kräfte in z-Richtung.
Wer die Formel glaubt (kann man auch in Flugmechanik-Bücher finden) sieht, dass die "Über-Grund-Geschwindigkeit" u eine Bedeutung hat und das wollte ich i.w. mit der Formal aufzeigen.

@Quaxi
Deine Beispiele machen so formuliert meine Überlegungen natürlich lächerlich. Schon klar. Du hättest auch noch das Beispiel eines Kreise fahrenden RC-Autos im dahinbrausenden Zug nehmen können. Der fährt freilich schöne Kreise, egal ob mit oder gegen Zug-Fahrtrichtung. Zug bzw. Ballon sind in deinen Beispielen "Transporter" (hab keinen besseren Ausdruck, bitte nicht lachen) genauso wie die Erde mit ihrer Rotation, die ja auch die Oberfläche (auf der wir im Kreisverkehr Auto-Kreise fahren) oder die Atmosphäre (in der wir in lokaler Windstille schöne Kreise fliegen) mitbewegt - in Äquator-Nähe mit > 1000km/h. (Und dann wär da noch die Bewegung der Erde um die Sonne und unseres Sonnensystems im Weltraum und ...). Wie auch immer, soweit mir bekannt ist die Erdrotation usw nicht relevant für dynamische Überlegungen in Bezug auf die Oberfläche (Über-Grund-Bewegungen). Dann wären auch die Auswirkungen von Zug bzw. Ballon nicht relevant. Eine bessere Herleitung hab ich auch nicht - bin nur Flugmechaniker und Flieger (der einen Unterschied zw mit-Wind und gegen-Wind fliegen spürt).

@all
Der Impulssatz (nach Newton) ist ein gemeinhin anerkanntes Gesetz und besagt, dass die Änderung des Impuls-Vektors gleich der einwirkenden äußeren Kraft ist. Impuls ist eine gerichtete Größe (Vektor) gemäß der gerichteten Absolut-Geschwindigkeit: m*V.
Fliegt man mit Wind ist die Absolutgeschwindigkeit gegen Boden hoch und wenn man nun umdrehen möchte muss man einen hohen Impuls drehen (richtig?). Dazu braucht man dann gem. Newton'schen Gesetz eine hohe Kraft.
Fliegt man gegen den Wind ist die Absolutgeschwindigkeit gering, der Impuls ist gering und um den dann zu drehen braucht's eben eine kleinere Kraft (bzw. eine Störung von außen kann viel anrichten).

LG, Horst