parabelgleichung zur polare

[pmhausen]

AW: parabelgleichung zur polare

Oder habe ich Dich voellig falsch verstanden?

Ja :-) Woher kommt der Vortrieb beim Segelflugzeug?

Wenn ich ein Segel-/Gleitflugzeug/-gerät einfach fallen lasse, fällt
es trotz Formwiderstand nicht einfach herunter, sondern die potentielle
Energie wird letztendlich in Vorwärtsfahrt umgesetzt, bis Auftrieb und
Gewicht sich das Gleichgewicht halten. Zuerst geht das Teil auf die Nase
- weshalb? Danach wird es dann schon wieder einfacher. Für das Aufrichten
sorgt bei einem eigenstabilen (um die Querachse) Flächenflugzeug die
Einstellwinkeldifferenz. Und beim Gleitschirm der tiefe Pilot. Aber gerade
beim Gleitschirm, der nicht auf die Nase gehen kann, um Fahrt aufzunehmen,
jedenfalls nicht wirklich: wieso fängt der an, vorwärts zu fliegen, wenn Mike
mit Null Fahrt aus dem Heli springt?

Das Anschauung-Problem ist, daß alle Erklärungen zur Entstehung des
Auftriebs eine Anströmung, also Fahrt, voraussetzen. Aber woher kommt die?
Nicht die Energie dazu, das ist klar. Die Richtung!

Gruß,
Patrick

[audacium]

AW: parabelgleichung zur polare

Ja :-) Woher kommt der Vortrieb beim Segelflugzeug?

Naja, aus dem Fallen

Wenn ich ein Segel-/Gleitflugzeug/-gerät einfach fallen lasse, fällt
es trotz Formwiderstand nicht einfach herunter, sondern die potentielle
Energie wird letztendlich in Vorwärtsfahrt umgesetzt, bis Auftrieb und
Gewicht sich das Gleichgewicht halten. Zuerst geht das Teil auf die Nase
- weshalb? Danach wird es dann schon wieder einfacher. Für das Aufrichten
sorgt bei einem eigenstabilen (um die Querachse) Flächenflugzeug die
Einstellwinkeldifferenz. Und beim Gleitschirm der tiefe Pilot. Aber gerade
beim Gleitschirm, der nicht auf die Nase gehen kann, um Fahrt aufzunehmen,
jedenfalls nicht wirklich: wieso fängt der an, vorwärts zu fliegen, wenn Mike
mit Null Fahrt aus dem Heli springt?

Ich finde, Du hast die Antwort eigentlich schon Dir selbst gegeben, Du willst Dir aber nicht glauben.

Man sieht das bspw. recht schoen bei einem Klippenstart mit dem Drachen oder wenn ein Basejumper abspringt. Die Anstroemung kommt zunaechst absolut betrachtet von unten, also muss das Fluegelprofil (der Drachen) auch mehr nach unten als horizontal schauen. Zunaechst faellt der Drachen einfach, beschleunigt und wird dabei immer schneller umstroemt. Sobald die Stallgeschwindigkeit erreicht ist und der Anstellwinkel einigermassen passt (also weder zu gross ist noch zu klein), wird der Fluegel anfangen, Auftrieb zu entwickeln (bis zur Stallspeed sind die Stroemungsverhaeltnisse ja so, dass kein Auftrieb entwickelt wird). Solange der Drachen noch ziemlich auf der Nase ist, wird dieser Auftrieb auch ziemlich nach vorne gerichtet sein, aber auch schon etwas nach oben - also aufrichtendes Moment. Der Fluegel kann aufgerichtet werden, der Anstellwinkel allmaehlich verkleinert werden, bis wir halt bspw. im Trimm dahingleiten.

Und danach ist das aus meiner Sicht einfach eine Art Balance-Spiel, bzw. ein immerwaehrendes Verlassen und Zurueckkehren zum Gleichgewichts-Gleitwinkel. Auftrieb und Widerstand sind im Gleichgewicht genau in so einem Verhaeltnis, dass sich ein bestimmter stabiler Gleitwinkel ergeben wuerde. Du hast also in diesem Gleichgewicht kein "reines senkrechtes Fallen", sondern gleitest gleichzeitig dabei vorwaerts - weil eben ab Erreichen Stallspeed Auftrieb entwickelt wurde. Und in diesem Gleichgewicht kommt die Luft eben durch den Gleitwinkel auch im "korrekten" Anstellwinkel am Fluegel an, so dass das Gleichgewicht erhalten bleibt.

Basejumper aehnlich: Absprung, fuer einige Sekunden (je nach Koennen mehr oder weniger) freier senkrechter Fall, dann ist die Stallspeed des menschlichen Koerpers erreicht, wir entwickeln Auftrieb und koennen von der Wand wegtracken.

Beim Gleitschirm sehe ich das genauso, auch beim Fallschirmspringen: Absprung aus D-Bag oder Oeffnung des Fallschirms - Schirm entfaltet sich, zunaechst faellt man hautsaechlich senkrecht, Schirm wird dabei umstroemt. Nach einer gewissen Zeit haben sich wieder die fuer Auftrieb notwendigen Verhaeltnisse eingerichtet, es entsteht eine nach vorwaerts gerichtete Kraft. Der Schirm nimmt Fahrt nach vorne auf, nähert sich dem Gleichgewicht, bis er wieder im Trimm auf vorgegebenem Gleitwinkel fliegt.

Ein Schirm, der sackfluganfaellig ist, nimmt ja deshalb keine Fahrt auf, weil er entweder zu flach getrimmt ist - der Anstellwinkel ist stets zu gross, als dass sich Auftrieb entwickeln koennte, oder er ist zu poroes - die Luft stroemt lieber durch den Schirm als um den Schirm, also kann sich wieder keine fuer Auftrieb notwendige Umstroemung bilden.

Hoffe das hilft?

[WA]

AW: parabelgleichung zur polare

Ja :-) Zuerst geht das Teil auf die Nase
- weshalb?

>>Ca. im ersten Drittel der Flugzeuglänge befindet sich der Schwerpunkt. Fällt das Segelflugzeug zunächst nach unten, wird sich die Nase nach unten neigen unterstützt durch den langen Hebel das Schwanzes mit Leitwerk welches leichter von der Luft nach oben gedrückt wird. Es erfolgt die senkrechte Komponente mit Fahrtaufnahme, Strömungsaufbau und....das Ding fliegt.

Danach wird es dann schon wieder einfacher. Für das Aufrichten
sorgt bei einem eigenstabilen (um die Querachse) Flächenflugzeug die
Einstellwinkeldifferenz. Und beim Gleitschirm der tiefe Pilot.

>>das lassen wir jetzt mal so stehen.

Aber gerade
beim Gleitschirm, der nicht auf die Nase gehen kann, um Fahrt aufzunehmen,
jedenfalls nicht wirklich: wieso fängt der an, vorwärts zu fliegen, wenn Mike
mit Null Fahrt aus dem Heli springt?

>>Wir wissen doch wie sehr ein GS. auf die Nase gehen kann wenn er sich Fahrt holt, z.B. nach einem Strömungsabriss. Wenn einer aus dem Hubi springt, wird sich der Schirm entfalten, Druck aufbauen, auf die Nase gehen und Fahrt holen bis die Strömung anliegt und dann fliegt er wieder.

Das Anschauung-Problem ist, daß alle Erklärungen zur Entstehung des
Auftriebs eine Anströmung, also Fahrt, voraussetzen. Aber woher kommt die?
Nicht die Energie dazu, das ist klar. Die Richtung!

>>Oben stehts. Durch die aerodynamische Form, wird das Gerät nach dem fallen Fahrt aufnehmen und durch den ausgeklügelten Schwerpunkt nimmt es eine Lage ein die den Strömungsaufbau forciert, bis es halt seine Richtung hat.

Tja Piloten, so stellt sich ein Laie mit praktischer Erfahrung, ohne alle Theorie, die Sache vor.

Liege ich mit meinen Überlegungen in etwa richtig? So ohne Formeln und Gedöhns, meine ich.

WA

[hob]

AW: parabelgleichung zur polare

...

Anschaulichkeit ist 'was anderes.

Aber vielleicht kann wirklich jemand wenigstens nachvollziehbar erklären, warum ich mit meiner Vorstellung zwangsläufig scheitern muß - ich würde dann, sicher zur Erleichterung Vieler, auf eine Weiterführung verzichten. Nur - wenn ich das Phänomen an sich schon nicht begreife, kann mir vielleicht jemand erklären, warum nicht.

Hallo Eckard,

die Aerodynamiker reden als Fachleute von z.B. von Druckanstieg, wenn sie meinen, daß in Strömungsrichtung an der Oberseite des Profils ab der höchsten Stelle (Ende der Dickenrücklage, bezogen auf die Profiloberseite) für die Strömung der dann abgesenkte Teil beginnt. Das heißt, vergrößert sich der Freiraum über dem Profil nach unten, bedeutet das Druckanstieg. Vielleicht irritiert Dich das ja.

Gruß hob

[hob]

AW: parabelgleichung zur polare

Ja :-) Woher kommt der Vortrieb beim Segelflugzeug?

Wenn ich ein Segel-/Gleitflugzeug/-gerät einfach fallen lasse, fällt
es trotz Formwiderstand nicht einfach herunter, sondern die potentielle
Energie wird letztendlich in Vorwärtsfahrt umgesetzt, bis Auftrieb und
Gewicht sich das Gleichgewicht halten.

Zuerst geht das Teil auf die Nase - weshalb?

Danach wird es dann schon wieder einfacher. Für das Aufrichten
sorgt bei einem eigenstabilen (um die Querachse) Flächenflugzeug die
Einstellwinkeldifferenz. Und beim Gleitschirm der tiefe Pilot. Aber gerade
beim Gleitschirm, der nicht auf die Nase gehen kann, um Fahrt aufzunehmen,
jedenfalls nicht wirklich: wieso fängt der an, vorwärts zu fliegen, wenn Mike
mit Null Fahrt aus dem Heli springt?

Das Anschauung-Problem ist, daß alle Erklärungen zur Entstehung des
Auftriebs eine Anströmung, also Fahrt, voraussetzen. Aber woher kommt die?
Nicht die Energie dazu, das ist klar. Die Richtung!

Gruß,
Patrick

Hallo Patrick,

haust Du einem Segelflugzeug währendes Fluges den Schwanz ab, stellt es sich augenblicklich auf den Kopf und beschleunigt so stark, daß es viele Piloten anläßlich solcher Unfälle (beim "Absägen" der Rümpfe im Thermikpulk) nicht mehr geschafft haben, rechtzeitig mit dem Fallschirm auszusteigen, weil schon Augenblicke später mehrere g ihren Körper in die Sitzwanne drückten. Das Flugzeug beschleunigt als höchstwertigster Strömungskörper weiter und zerlegt sich letztendlich selbst über die Luftkräfte, weil bis weit jenseits der maximalen Geschwindigkeit immer weiter beschleunigt wird und damit auch bis weit hinter jede rechnerische und tatsächliche Sicherheit. Die Spannungen werden so groß, daß die Geräte regelrecht zerplatzen und kleinste Trümmerstücke zurückbleiben.

Das Flugzeug geht beim Fallenlassen auf die Nase, weil an allen auftriebserzeugenden Teilen noch keine Strömung anliegt und der Schwerpunkt vor dem Neutralpunkt liegt.

Stationäres Gleichgewicht bei einem Segelflugzeug (und natürlich bei allen anderen auch) wird erreicht, weil vor dem Neutralpunkt der Schwerpunkt liegt. Den Abstand des für eine sinnvolle Flugstabilität hinterst möglichen Schwerpunktes zum Neutralpunkt bezeichnet man dabei als Stabilitätsreserve Sigma. Die Differenz bzw. das Moment, nun als Flugzeug - um den Neutralpunkt als Drehpunkt - nach vorne zu fallen, wird durch aerodynamischen Abtrieb des Höhenleitwerks kompensiert und ist überhaupt die Voraussetzung dafür, daß der Apparat längsstabil fliegen kann. Bei der Größe des Höhenleitwerks wiederum, das je nach Hebelarm (Rumpflänge) größer oder kleiner ist bzw. auch eine aerodynamische Güte, also Steilheit des Auftriebsanstiegs über Alpha, besitzt, also sofort "beißt", spricht man vom Leitwerksvolumen, meint aber die Größe in m².

Gegenüber dem Rumpf, der genau in der Richtiung für die an einem Flugzeug am meisten vorkommenden Betriebszustände ausgelegt ist, also z.B. Reiseflug und / oder bestes Gleiten, hat die Flügelfläche je nach Profilierung und Einsatzzweck einen geringfügigen Anstellwinkel Alpha - von wenigen Zehntel bis ca. 3° -, der genau dem geforderten ca für dieses Flugzeug bei diesem Gewicht und Betriebszustand entspricht, so daß der Rumpf selbst mit beabsichtigten NULL° widerstandsarm in der Strömung zu liegen kommt.

Das Ganze wird vom Höhenleitwerk - welches meist mit NULL° Anstellwinkel zur Rumpflängsachse eingestellt ist - in einem stationären Gleitflug mit einem je nach Höhenrudertrimmung eingestellten Gleitwinkel "geführt", der bei hochwertigen Systemen wie der Eta die Zahl 70 annehmen kann, d.h. aus 1 km Höhe gleitet dieser "Kahn" bei ruhiger neutraler Luft "unverschämte" 70 km weit. Das über die nun bestehende Einstellwinkeldifferenz - also die zum Flügelprofil bestehende - Arbeit leistende Höhenleitwerk reagiert gemäß seiner aerodynamischen Güte direkt auf jede Störung und führt nach wenigen schwächer werdenden Amplituden wieder zum stationären Gleitflug zurück, da wegen der Schwerpunktvorlage ein Regelkreis besteht: Senkt sich die Schnauze des Flugzeugs ab, hebt sich der Schwanz, senkt sich dadurch auch die Nase des Höhenleitwerks, leistet dieses vermehrt Abtrieb, drückt somit den Schwanz wieder nach unten und hebt damit die Schnauze an. Umgekehrt passiert dasselbe, nur in der anderen Richtung. Es entsteht bei der nicht immer ganz ruhigen Luft eine sanft geschwungene bis zur nächsten Störung abklingende Sinuskurve um eine leicht abwärts geneigte schiefe Ebene, also der Gleitwinkel.

Die Frage ist, wann fliegt etwas. Saalflugmodelle im Grammbereich und weit darunter schon bei irrwitzig niedrigen Geschwindigkeiten. Der geniale Strömungsforscher Ludwig Prandtl redete deshalb von einem Anfahrwirbel an der Hinterkante der Tragfläche.

Gruß hob

[Eckard Brauer]

AW: parabelgleichung zur polare

Du hast aber einen Anstellwinkel, d.h. der Flügel ist entweder vorne höher
oder das ganze System Flugzeug bewegt sich nach schräg vorne unten.
Oder beides.

...und mit der Bewegung "nach schräg vorne unten" hab ich auch wieder einen Anstellwinkel. Wenn ich mich nicht täusche, sollte der Anstellwinkel nur im senkrechten Fall Null sein - oder?

In jedem Fall pflügt der Flügel _nicht_ parallel zur Profilsehne durch die als
stationär angenommene Luft. Voila, "Upwash". Ohne daß Luft "nach oben
befördert" werden müsste. Die Anströmung ist einfach so.

Der Downwash ist eine völlig andere Geschichte. Dieser wird erzeugt, weil die
Luft der Profilkontur folgt (Adhäsion und Kohäsion), d.h. der Flügel beschleunigt
Luft nach unten -> Impulserhaltung -> Auftrieb.

...und weil er durch die nach unten geneigte Fläche unterhalb die Luft etwas am Abfließen hindert, also zusammendrückt, also ganz schnöde Verdrängung. Folglich sollte im Bereich unmittelbar _nach_ der Flügelhinterkante eine Druckverringerung entstehen, was dazu führt, daß gerade oberhalb des Flügels die Luft schneller fließen muß (Die notwendige Energie für eine Umlenkung, um in den Bereich dieser Druckverringerung zu strömen, ist kleiner, da von oberhalb eine Anströmung mit geringer Krümmung (großer Radius) möglich ist. Unterhalb müßte die Luft mit geringem Radius, also großer Krümmung quasi um die Flügelhinterkante herum befördert werden -> hoher Energieaufwand). Dadurch entsteht ein stärkerer Luft-Abfluß auf der Flügeloberseite und damit eine Druckverringerung oberhalb des Flügels (die Druckverringerung setzt sich nach oberhalb fort, indem sie i.W. von oben ausgeglichen wird. Erst im Bereich geringerer Geschwindigkeiten (geringe kin. Energie der strömenden Luft) und/oder höherer Anstellwinkel (große Druckdifferenz) kommt es dazu, daß zunehmend Luft von unten über die Flügelhinterkante nach oben strömt, so daß die obere Strömung nicht mehr auf der Oberseite der Fläche anliegt -> Strömungsabriß).

In Deinem Bild erscheint mir aber plötzlich die vorher seltsam anmutende Vorstellung, daß Up- und Downwash gleich sein könnten (flügelbezogen natürlich), plausibel. Vermutlich hat JHG doch recht...

Wo ich noch einen Hänger mit der Anschauung habe (vorausgesetzt, das obige ist
so weit richtig): wo kommt der _Vortrieb_ her, der für die Erzeugung des Aufriebs
notwendig ist? Weshalb fällt ein Flächenflugzeug nicht grundsätzlich im Sackflug
runter? Ich hab's noch nicht kapiert.

Ich denke, das ist Stabilität. Sicher gibt's Flächen/Konfigurationen, die nach hinten abschmieren, welche die sacken und welche, die eben mehr oder weniger die Nase 'runternehmen (Anstellwinkel verkleinert -> Widerstand kleiner -> Beschleunigung "nach schräg vorne unten").

[Eckard Brauer]

AW: parabelgleichung zur polare

die Aerodynamiker reden als Fachleute von z.B. von Druckanstieg, wenn sie meinen, daß in Strömungsrichtung an der Oberseite des Profils ab der höchsten Stelle (Ende der Dickenrücklage, bezogen auf die Profiloberseite) für die Strömung der dann abgesenkte Teil beginnt. Das heißt, vergrößert sich der Freiraum über dem Profil nach unten, bedeutet das Druckanstieg. Vielleicht irritiert Dich das ja.

Das tut es. Nach meinem naiven Modell hätte der Druck auf der hinteren Flügeloberseite einigermaßen konstant sein müssen (ich weiß, daß es nicht ganz so ist, hatte das aber für nachrangig gehalten). Das heißt aber dann, daß am oder (wegen positiven Anstellwinkel) etwas vor dem Ende der Dickenrücklage nicht, wie sich aus meinem Modell ergeben hätte, die Strömunggeschwindigkeit am geringsten ist (hätte ich sofort sehen müssen), sondern daß die Geschwindigkeit dort am höchsten ist und in Richtung der Flügelhinterkante abnimmt.

Ich glaub', ihr habt mir gerade wieder deutlich meine Grenzen gezeigt und halte mich deshalb in Zukunft wohl besser etwas zurück...

Trotzdem vielen Dank - viele Grüße!
Eckard

[JHG]

AW: parabelgleichung zur polare

In Deinem Bild erscheint mir aber plötzlich die vorher seltsam anmutende Vorstellung, daß Up- und Downwash gleich sein könnten (flügelbezogen natürlich), plausibel. Vermutlich hat JHG doch recht...

freut mich zwar, allerdings verstehe ich jetzt nicht ganz warum Du bei diesem (meiner Ansicht nach) absolut falschem Bild zu diesem Schluss kommst.

Du hast aber einen Anstellwinkel, d.h. der Flügel ist entweder vorne höher
oder das ganze System Flugzeug bewegt sich nach schräg vorne unten.
Oder beides.

In jedem Fall pflügt der Flügel _nicht_ parallel zur Profilsehne durch die als
stationär angenommene Luft. Voila, "Upwash". Ohne daß Luft "nach oben
befördert" werden müsste. Die Anströmung ist einfach so.

Die meisten haute verwendeten Profile sind nicht symmetrisch, d.h. sie erzeugen auch bei 0 Anstellwinkel Auftrieb. Die Luft wird sehr wohl von ihrer ursprünglichen Richtung nach oben abgelenkt. Siehe dazu auch http://www.av8n.com/how/htm/airfoils...sec-p-versus-v und http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html#sec-fluid "Air is not a bunch of bullets"

Ausleitung Sackflug: Einerseits geht der Flieger auf die Nase deshalb ist es auch gefährlich ein Flugzeug außerhalb seiner Weight & Balance Grenzen zu fliegen. Selbst wenn das MTOW nicht erreicht wird aber der Schwerpunkt zu weit hinten liegt, besteht Stall und Sackfluggefahr und damit Trudelgefahr.

Allerdings auch bei senkrechtem Fall des Profils (Anstellwinkel 90°) wird

1. die Strömung an der runden Profilvorderkante etwas mehr anliegen als an der scharfen Profilhinterkante. 2. Daher Beschleunigung der Luft -> 3. Unterdruck -> 4. Beschleunigung des Flügels in Richtung Profilvorderkante -> 5. Fahrtaufnahme -> 6. Verringerung des Anstellwinkels -> 1 -> 2 -> ...

[Eckard Brauer]

AW: parabelgleichung zur polare

freut mich zwar, allerdings verstehe ich jetzt nicht ganz warum Du bei diesem (meiner Ansicht nach) absolut falschem Bild zu diesem Schluss kommst.

Vielleicht war's auch nur das Überschlafen

Die meisten haute verwendeten Profile sind nicht symmetrisch, d.h. sie erzeugen auch bei 0 Anstellwinkel Auftrieb. Die Luft wird sehr wohl von ihrer ursprünglichen Richtung nach oben abgelenkt.

trotzdem muß auch dafür die gleiche Theorie gelten.

Siehe dazu auch http://www.av8n.com/how/htm/airfoils...sec-p-versus-v und http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html#sec-fluid "Air is not a bunch of bullets"

Letzteres ist sofort anschaulich klar ("Air is not a bunch of bullets"): Im Gegensatz zu einer (in der Grafik nicht mal raumfüllenden) Menge von (makroskopischen) Einzelobjekten läßt das Fluid (zumindest bei super-molekularer Betrachtung) keine Zwischenräume, d.h. jede Beschleunigung einer (als abgeschlossen zu betrachtenden) Menge von Fluidteilchen wird sofort den Nachfluß anderer Teilchen an die freiwerdende Stelle als Folge haben, es wird sich also maximal ein Spannungsfeld, d.h. eine andere Druckverteilung aufbauen (es gibt keine Luftlöcher). Das ist im Übrigen auch die Ursache, daß sich bei ausreichend hoher Geschwindigkeit (= kinet. Energie der Teilchen) die Strömung an die konvexe Oberseite des Flügels anlegen muß und nicht einfach weiter geradeaus gehen kann.

Ausleitung Sackflug: Einerseits geht der Flieger auf die Nase deshalb ist es auch gefährlich ein Flugzeug außerhalb seiner Weight & Balance Grenzen zu fliegen. Selbst wenn das MTOW nicht erreicht wird aber der Schwerpunkt zu weit hinten liegt, besteht Stall und Sackfluggefahr und damit Trudelgefahr.

Allerdings auch bei senkrechtem Fall des Profils (Anstellwinkel 90°) wird

1. die Strömung an der runden Profilvorderkante etwas mehr anliegen als an der scharfen Profilhinterkante. 2. Daher Beschleunigung der Luft -> 3. Unterdruck -> 4. Beschleunigung des Flügels in Richtung Profilvorderkante -> 5. Fahrtaufnahme -> 6. Verringerung des Anstellwinkels -> 1 -> 2 -> ...

Völlig unbestritten, nur mit der Einschränkung, daß das beim senkrecht nach unten gerichteten Flug (Anstellwinkel 0°) UND symmetrischen Profil nicht passiert (hatte's nicht klar ausgedrückt). In jedem anderen Fall wird, wie Du auch schreibst, schon die Unsymmetrie für Auftriebsentstehung auch in dieser Situation sorgen.