Bitte hilft mir einer auf die Sprünge

[Ralf Antz]

AW: Bitte hilft mir einer auf die Sprünge

Wenn du den Hubschrauber verkleinerst und in ein Gehäuse einbaust, hast du einen Staubsauger.

Nun, die Luft, die in einen Staubsauber gesaugt wird, verschwindet ja nicht, sondern wird woanders wieder, ohne Staub, rausgeblasen. Ein Hubschrauber saugt natürlich.. von oben!... und drückt die Luft nach unten weg. Neben einem startenden Heli wird jedenfalls nicht gesaugt sondern geblasen.

Das angehängte Bild gibt nen Eindruck, wie viel Luft/Masse von Flügeln als Randwirbel nach unten beschleunigt wird. Natürlich spielt hier die Profilform eine entscheidende Rolle.

[Gast]

AW: Bitte hilft mir einer auf die Sprünge

Du hast völlig recht darauf hinzuweisen wie viel Luftmasse bewegt wird, und die Bewegung der Luftmasse bewirkt ja auch den Auftrieb (Bzw. ist der Auftrieb und der Widerstand). Fertig und gut.

Ich habe den Staubsauger ins Spiel gebracht weil Loviscach und Wikipedia behaupten, es gebe keinen Sog, sondern nur einen Druck in der anderen Richtung. Das ist aber dasselbe wie zu sagen, es gebe kein Wasser, weil es in Wirklichkeit H²O sei.
Es gibt natürlich Sog, damit ist eben gemeint, wie eine Bewegung durch Unterdruck hergestellt wird.
Außerdem sagt Loviscach und andere, man habe nicht wirklich verstanden was Auftrieb eigentlich sei. Auch das ist kontraproduktiv und sogar falsch. Die Navier Stokes Gleichungen beschreiben das Verhalten der Luft. Klar, man kann sie nicht mit dem Taschenrechner ausrechnen. Vielleicht ist da auch noch etwas falsch, wer weiß. Vielleicht findet man dereinst noch bessere Rechenverfahren oder Näherungen oder so.
Ich vermute aber, dass Loviscach mit "nicht verstanden" meint, dass es halt keine supersimple und gleichzeitig richtige Erklärung gibt. Damit kann man aber leben, wenn man weiß, dass es eben eine komplizierte Erklärung gibt.

[Bernhard Wienand]

AW: Bitte hilft mir einer auf die Sprünge

Hallo seidenschwan (Johann B.),

zur Ergänzung der Erklärungen von Sebastian Neuhaus und nikolaus (Jochen Buschardt):

Ich hatte hier mal meine Erklärung des Auftriebs zur Diskussion gestellt:

https://www.gleitschirmdrachenforum.de/showthread.php/31656-Auftrieb-durch-die-Massentr%c3%83%c2%a4gheit-der-Luft

Auftrieb beruht auf der Massenträgheit der Luft (wobei der zentrale Begriff 'Masse' in der Physik genau so geklärt bzw. ungeklärt ist wie 'Raum' und 'Zeit').

Luft wird von einer schräg angestellten Fläche sowohl von der Unterseite nach unten gedrückt (gestoßen) als auch von der Oberseite nach unten gezogen (gerissen).
Dies geschieht durch die bogenförmige Umlenkung der Luftmasse nach unten. Die Massenträgheit zeigt sich dann quasi in der Zentrifugalkraft. Unten drückt sie gegen die Fläche nach oben, oben zieht sie an der Fläche nach oben.
Während man sich den Druck unten gut vorstellen kann, haben viele mit dem Zug oben Schwierigkeiten, denn die Luft müsste dann doch oben von der Fläche abfliegen. Sie tut das aber nicht aufgrund des Luftdrucks, des Umgebungsdrucks, den wir nicht wahrnehmen. Dazu kommen noch ein wenig Adhäsionskräfte.

Warum beträgt nun oben der Auftrieb etwa 2/3, unten etwa 1/3 des Gesamtauftriebs?
Die Fliehkraft hängt vom Quadrat der Geschwindigkeit ab, und oben ist die Umströmung deutlich schneller als unten.
Warum? Der 'Sog' oben zieht auch Luft von vorne an, beschleunigt sie also auf eine höhere Geschwindigkeit, die nach hinten wieder abnimmt. Der 'Druck' unten drückt auch Luft nach vorne, verzögert sie also auf eine geringere Geschwindigkeit, die nach hinten wieder zunimmt. In Summe ist die Geschwindigkeit oben entsprechend höher, auch wenn die Geschwindigkeiten an der Hinterkante wieder annähernd gleich sind.

Die Bernoulli-Gleichung ist eine Spezialform des Satzes der Energieerhaltung, also nicht falsch. Sie ist aber nur eine Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Geschwindigkeit (kinetische Energie) und Druck (statische Energie), aber natürlich nicht die Ursache.

Übrigens ist der Auftrieb auf der Oberseite beim Stall auch nicht null, nur wegen der flacheren Umlenkung um die Wirbel schwächer.

Für die Umlenkung muss die Fläche nicht gewölbt sein und auch kein Profil haben. Ein Nasenradius, der eine Dicke nach sich zieht, verzögert aber den Strömungsabriss und führt so zu einem höheren Auftrieb.

Gruß, Bernhard

[Gast]

AW: Bitte hilft mir einer auf die Sprünge

Luftbewegung wird immer durch Druckunterschiede hervorgerufen. (Natürlich führen auch Temperatur- oder Luftfeuchtigkeitsunterschiede zu Ausgleichsbewegungen, die lassen wir mal beiseite.) Luft bewegt sich von Überdruck zu Unterdruck. Ist die Herstellung eines Überdruckes Ursache der Luftbewegung, spricht man von Druck, ist die Ursache ein Unterdruck spricht man von Sog. Solange wir im Medium Luft sind, ist es m.E. sinnvoll von Sog oder Sogkräften zu reden, da der Unterdruck als Ursache des Druckunterschiedes hervorgehoben wird.
Der Begriff Sog ist sogar besser als Druck, denn redet man von Sog, weiß man, dass man von Luft (bzw. Flüssigkeit) als Medium redet, das ist bei "Druck" nicht der Fall, weil Druck ja auch den rein mechanischen Druck zwischen Festkörpern meinen kann. Daher stammt übrigens die Ablehnung des Begriffes Sog, weil zwei nicht verbundene Festkörper ja keine Zugkraft austauschen, sondern nur Druckkraft. Der Gedanke ist der, dass ein Vakuum ja keine Kraft ausüben kann. Das stimmt natürlich, aber solange wir die Rahmenbedingung "Druckunterschied" haben kann man getrost von Sog sprechen.

Ansonsten bitte immer dann, wenn jemand fälschlich von Sog spricht, bitte gutmeinend innerlich übersetzen in "Druck von der Umgebung". Beides ist übrigens gleich falsch. Richtig wäre für uns eingefleischte Besserwisser mit Aluhut eigentlich "Gradientenkraft".

Was das "Ziehen" in Bernhards Text betrifft, das gibt es tatsächlich: Es ist die Reibung der Luft an der Oberfläche des Profils bzw. an sich selber.

Hier noch ein Beitrag, inwiefern die Aerodynamik nicht verstanden ist:
Turbulenzen um die Fluidmechanik

[Gast]

AW: Bitte hilft mir einer auf die Sprünge

1. Das ist eine sehr theoretische Frage. Wenn du einen Stromkreis nicht schließt, fließt auch kein Strom. Wenn kein Druck an der Unterseite herrscht, so hat man einen Saugnapf. Wenn man nur an der Oberseite eines Profils Strömung hat, an der Unterseite aber den normalen Umgebungsdruck, so hat man Auftrieb. Die Coanda Effekt Experimente, wie etwa das von Klaus mit der Bierflasche, illustrieren aber, dass mit der bewegten (Wasser-) Masse eine Gegenbewegung an der Flasche auftritt.
Wenn du fragst "Wo setzt die Kraft an" dann natürlich am Druckpunkt, aber der ist auch "nur" theoretisch, nämlich das mathematische Mittel aller Druck- und Unterdruckkräfte. Aber in der Tat sorgen die Teilchen unter dem Flügel dafür, dass er gehoben wird, und fehlenden Teilchen darüber sorgen dafür, dass weniger zu heben ist. Weil an dieser Stelle weniger Luftdruck herrscht, was gleichbedeutend ist mit: Weil in der Luftsäule zwischen Weltraum und Flügel weniger Luft drin ist als in der Säule daneben.

Was aber klar ist: Die Kraft "selbst" wird durch Teilchen bzw. deren Impulse übertragen. Es handelt sich bei der Aerodynamik um Mechanik. Es ist kein "Feld" oder so etwas wie Magnetismus, der Kraft überträgt.

2. Der Innendruck entspricht dem Druck an der Öffnungsstelle. Da die fast am Staupunkt liegt, ist der Innendruck sehr hoch und höher als der Druck unter dem Schirm. Während man den Schirm aufzieht sieht man immer sehr schön wie die Zellen "umschlagen". Was man da sieht, ist der Staudruck, der die Zellen erst eindellt und dann, wenn er an der Eintrittsöffnung angekommen ist, ausdellt.

3. Ich reime mir das auch alles nur selber zusammen durch unsere Diskussion hier.

4. https://xkcd.com/1186/

[Bernhard Wienand]

AW: Bitte hilft mir einer auf die Sprünge

Hallo fuschertom (Thomas K.),

mir ist nicht klar, ob Du die Erklärung des Auftriebs durch die Massenträgheit in Frage stellst oder nur die Eignung der von mir verwendeten Begriffe, wie z.B. den Begriff 'Sog'.

In der Fachliteratur wird die Oberseite eines Profils bzw. Flügels auch als 'Saugseite' bezeichnet, auf der also eine Saugkraft auftritt, wenngleich der Begriff 'Sog' nicht im Schlagwortregister auftaucht.

Um die Feldwirkung des Unterdrucks umgangssprachlich und anschaulich auszudrücken, finde ich den Begriff 'Sog' aber brauchbar.
Auch bei der Druckverteilung über der Profil-/Flügeltiefe wird z.B. von Sogspitze über der Anströmkante gesprochen.
Glaube nicht, dass da akademische Ausdrücke wie 'relativ' und 'Gradient' weiter helfen.

Wenn ich davon spreche, dass die Luft auf der Unterseite nicht nur nach unten gedrückt, sondern gestoßen wird, und von der Oberseite nicht nur nach unten gezogen, sondern gerissen wird, so spreche ich damit die Wirkung der trägen Masse an, die sich nur bei beschleunigten Bewegungen zeigt. Ein gleichmäßiges Drücken oder Ziehen von Luftmasse nach unten würde keinen Auftrieb erzeugen.

Es ist in der Tat schwierig, sich den Auftrieb durch die Umlenkung von Luftmasse auf der Oberseite anschaulich vorzustellen.
Besser erscheint mir dann jedoch, sich mit dieser Schwierigkeit abzufinden anstatt einer anschaulichen Erklärung zu glauben, wie z.B. aus der Weglängendifferenz, die jedoch physikalisch falsch ist.

Ein Beispiel, das der Anschauung zunächst widerspricht, habe ich als Bild beigefügt. Es ist also nicht immer sinnvoll, sich nach seinem anschaulichen Verständnis zu richten.

Gruß, Bernhard