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Thema: Auftrieb; warum ein Flugzeug fliegt

  1. #106
    Registrierter Benutzer Avatar von Bernhard Wienand
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    AW: Auftrieb; warum ein Flugzeug fliegt

    Hab ich ja noch Glück gehabt ;-)

    Wie bedeutend waren denn die Beiträge? ;-)

    Klar ein Fehler im System.

    Wo bleiben eigentlich gelöschte Beiträge ?

    Forum Admin ? Datensicherung ?

    Vielleicht hat jemand die Seite noch zufällig in seinem Rechner?

    Gruß, Bernhard

  2. #107
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    AW: Auftrieb; warum ein Flugzeug fliegt

    Zur Bedeutung der versehentlich gelöschten Beiträge wage ich frecherweise mal zu sagen, dass wir dabei keine Erkenntnisse vom Range Einstein verpassen, wenngleich es sowohl in meinem post als auch in einem unmittelbar davor liegenden um den Genius ging, aber mehr im Bereich nicht so ernst gemeint.

    Mein Beitrag dazu war jedenfalls keines posts wert, daher die Löschung (mit Kollateralschaden)

  3. #108
    Registrierter Benutzer Avatar von Bernhard Wienand
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    AW: Auftrieb; warum ein Flugzeug fliegt

    Hallo hangglider,

    hier ein paar Anmerkungen und Anregungen zu und aufgrund Deines Beitrags #104.

    'Das Wirbel-Modell ist genau das, was der Wortlaut bedeutet ! Ein MODELL!':
    Einverstanden. Das Wirbel-Modell erklärt also auch Deiner Meinng nach nicht die Ursache von Auftrieb. Hatte sich für mich bisher anders angehört.

    'Anders war es nicht möglich, einen Flügel zu Prandtls Zeiten mathematisch in den Griff zu bekommen.':
    Weiß ich nicht. Die deutsch/russische Lösung zur Berechnung eines Geschwindigkeitsfeldes (um ein Profil) durch Analogien zu elektromagnetischen Feldern über Helmholtz, Kutta, Joukowski, Prandtl ... hat sich halt international durchgesetzt.
    Es gab aber (schon) damals auch andere Ansätze, nach dem Impulssatz, z.B. von dem britischen Wissenschaftler F.W. Lanchester.

    'Die Altvorderen haben mit diesem Wirbel-Modell (Hufeisentheorie) richtig gute Flugzeuge in die Luft bekommen (Mustang, Spitfire, ME 109, ....).':
    Die Bedeutung des Wirbel-Modells für die Flugzeugentwicklung sollte man nicht überschätzen. In der Aerodynamik war damals (wie z.T. noch heute) viel Empirie im Spiel (Lilienthal, Wright ...). Richtig gute Drachen wurden und werden fast ausschließlich empirisch entwickelt.
    Nicht zu vergessen die Bedeutung der Werkstoffkunde, Festigkeitslehre, des Leichtbaus, der Schwingungslehre etc. Leider wurde das Wissen auch für zwei Weltkriege genutzt.

    'Vielleicht kann die moderne Strömungssimulation das Ganze weiter erhellen, ....':
    Hat sie längst, auch dank numerischer Methoden und leistungsfähiger Computer. Dadurch, und durch neue Werkstoffe ..., werden heute viel bessere Flugzeuge gebaut, wie z.B. die Eta.


    'Und was macht ein Profil bzw. eine angestellte Platte anderes ? Unten bremsen, oben beschleunigen.':

    Ist dies ist eine Antwort auf einen der versehentlich gelöschten Posts davor?
    Demnach scheinst Du, im Gegensatz zu Deinem Modell-Verständnis oben, noch immer an dem gedachten Wirbel um den Flügel zu hängen.

    Dass eine angestellte (und gewölbte und profilierte) Fläche die Strömung oben beschleunigt und unten bremst, ist eine Folge der nach unten umgelenkten Strömung. Eine Folge, die eigentlich gar nicht gewollt ist, führt sie doch ab einer gewissen Umlenkung u.A. zur unerwünschten Strömungsablösung. Das Zentrifugalkraft-Modell kommt ohne dieses Beschleunigen und Bremsen aus. Es erklärt auch die Ursache des Auftriebs bei konstanter und auch bei gleicher Geschwindigkeit über und unter der Fläche. Dann wäre der Anteil der Unterseite am Auftrieb anstatt nur ca. 1/3 annähernd 1/2.

    Es gibt auch gar kein durchgehendes Beschleunigen oben und Bremsen unten. Wie schon oben von mir (mehrmals?) angeführt, nochmals zum vielleicht besseren Verständnis:
    Oben wird die Luft vor der 'Saugspitze' (durch die Umlenkung) von dieser angesogen und damit beschleunigt, hinter der 'Saugspitze' von dieser natürlich auch angesogen, aber dadurch abgebremst (auch die Grenzschicht, was zur Strömungsablösung führen kann).
    Unten wird die Luft vor der 'Druckspitze' (durch die Umlenkung) von dieser weggedrückt und so gebremst, hinter der 'Druckspitze' von dieser natürlich auch weggedrückt und dadurch beschleunigt.
    Insgesamt ist ein Luftteilchen dadurch oben trotz des längeren Weges eher an der Hinterkante als ein Luftteilchen unten.
    Auch wird die Wölbung und Dicke eines üblichen Profils deswegen nach vorne gelegt, mit etwa 25% Rücklage. Dadurch nutzt man oben die schnellere Strömung vorne besser aus, unten tut der konvexe Teil des Profils, durch seinen Nasenradius, in der langsameren Strömung weniger weh (weniger Abtrieb).

    Warum aber ist das Wirbel-Modell als Ursache für den Auftrieb immer noch so populär? Hier meine Gedanken:


    Als Kutta und Joukowski an den Eulerschen Gleichungen knabberten, kam ihnen vielleicht die Idee, das Geschwindigkeitsfeld um ein Profil, was man schon kannte, durch eine Überlagerung der geradlinigen Strömung mit einem Wirbel (Potentialwirbel) abzubilden. Die Feldtheorie war damals durch die elektromagnetischen Felder gut entwickelt. Ein Volltreffer hinsichtlich der Berechnung des Auftriebs, wodurch die Eulerschen Gleichungen lösbar, oder vielleicht sogar überflüssig wurden.

    Wann aber entstand aus der Entdeckung, dass der Auftrieb proportional mit dem Zirkulationswert der Umströmung zunimmt, der Glaube, dass der Wirbel auch die Ursache des Auftriebs sei?
    Tatsächlich taucht der Begriff des 'Tragenden Wirbels' schon bei Prandtl auf, und im Dubs wird auch Prandtl als Begründer dieser Ansicht genannt. Im Dubs findet sich auch die hier oft (von JHG z.B. in #18) angeführte Zeichnung des 'Wirbelsystems' des Tragflügels.
    Es ist wohl u.A. diese Zeichnung mit den tatsächlich auftretenden und manchmal sichtbaren bzw. sichtbar zu machenden Randwirbeln, die so einleuchtend erscheint. Eine Strömung (Wirbel) lässt sich gut bildhaft darstellen, und ein Bild sagt mehr als 1.000 Worte.
    Wie ist dagegen eine Kraft bildhaft darzustellen, durch einen Pfeil, aber wie ein nach allen Seiten wirkender Druck und Unterdruck in einem Medium?


    Schließlich noch einmal zum beliebten Induzierten Widerstand (IW):

    Bei Durchsicht meiner Beiträge wegen einer kleinen Ergänzung zum Wirbel-Modell bzgl. Bernoulli stolperte ich über sinngemäß folgende Begründung:

    Der IW werde (nur) durch die Randwirbel erzeugt, weil er per Definition der (nur) durch die Randwirbel erzeugte Widerstand sei.
    Daher sei IW = 0, wenn Randwirbel = null.

    Nach meinem, und wie ich meine allgemeinem, Verständnis ist der IW der Widerstand, der zwangsläufig mit Auftrieb A verknüpft ist.
    Daher ist IW = 0, wenn A = 0, und in der Faustformel für seinen Beiwert cwi = ca2/(pi * Lambda), siehe #64 und weitere, steht ja auch der Auftriebsbeiwert ca.
    Daher hat mich auch gewundert, dass Kutta bei seiner Herleitung des IW ausgerechnet den 'Tragenden Wirbel' ausgeklammert hat (siehe Schlichting Band 2).

    Aber laufen nicht beide Definitionen auf Dasselbe hinaus, ist nicht A = 0, wenn Randwirbel = null und umgekehrt? Im Allgemeinen ja, aber nicht ganz, z.B. nicht in besagter Konstellation im Windkanal.

    Und noch eine kleine Fangfrage:
    Winglets verbessern ja (auch) den Auftriebsbeiwert ca, indem sie den Druckausgleich an den Flügelspitzen mindern.
    Dies erhöht dann aber nach der Faustformel den Beiwert des IW, cwi = ca2/(pi * Lambda), sogar mit ca zum Quadrat.
    Das ist doch ein Widerspruch, oder?
    Und stellen sich Winglets nicht auch der Eckverbindung 'Randwirbel – Tragender Wirbel' in den Weg? Da knirscht es dann wohl im Kegelrad-Getriebe, siehe Grafik (2) in #18.

    Alles Gute, Bernhard

  4. #109
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    AW: Auftrieb; warum ein Flugzeug fliegt

    Hallo Bernd
    Zu post #103 Zitat: "der Zirkulationsansatz ist keine 'Schnellschusserklärung' für den Auftrieb sondern Teil einer von Strömungswissenschaftlern (Helmholtz, Joukowski, Prandtl, ...) und Mathematikern (Kutta, Runge, ...) ausgearbeiteten Tragflügeltheorie, die fast 100 Jahre führend war und auch heute noch traditionell eine große Anhängerschaft hat."
    @: Das wollte ich auch so nicht sagen, meiner Meinung nach ist mit Hilfe des Zirkulationsansatzes eine kurze, schnelle und saubere Erklärung für die Luftkraft möglich:
    Zitat aus #10 :"... Zurück zur Zirkulationsströmung, sie ist für den Strömungsgeschwindigkeitsunterschied zwischen Profiloberseite und Unterseite verantwortlich -> Druckunterschied (nach Bernoulli ) -> Auftrieb .

    Zu post #108 Zitat: "Aber laufen nicht beide Definitionen auf Dasselbe hinaus, ist nicht A = 0, wenn Randwirbel = null und umgekehrt? Im Allgemeinen ja, aber nicht ganz, z.B. nicht in besagter Konstellation im Windkanal."
    @ : Wenn die Konstellation im Windkanal einen experimentellen Widerspruch liefert dann stimmt an der Theorie etwas Existenzielles nicht.

    Zu deiner kleinen Fangfrage: Winglets verbessern ja (auch) den Auftriebsbeiwert ca, indem sie den Druckausgleich an den Flügelspitzen mindern.Dies erhöht dann aber nach der Faustformel den Beiwert des IW, cwi = ca^2/(pi * Lambda), sogar mit ca zum Quadrat.
    Das ist doch ein Widerspruch, oder?


    @ : Man kann ca und cw für einen Anstellwinkel und an einer Flügelkonstellation (mit oder ohne Winglets) bestimmen. Für jede der beide Flügelkonstellation bewirkt eine Anstellwinkeländerung die entsprechenden Änderungen von ca und cw (sogar mit ca zum Quadrat)
    Wichtige Folgerung :Auftrieb und Widerstand (und damit ca und cw) sollten besser nicht unabhängig betrachtet werden sondern als "Bestandteile" des Vektors der gesamten Luftkraft. Das wurde aber schon in den Posts #84 und #85 thematisiert, Oberlehrermodus aus, Widerspruch (hoffentlich?!?) tot

    Zitat : "Daher hat mich auch gewundert, dass Kutta bei seiner Herleitung des IW ausgerechnet den 'Tragenden Wirbel' ausgeklammert hat (siehe Schlichting Band 2)."
    Meine Frage : Was ist mit 'Tragender Wirbel' gemeint?
    Zirkulation ? Anfahrwirbel? Randwirbel? Mein Schlichting Band 2 ist grad nicht greifbar.


    Lg Bert
    Geändert von bertS (18.01.2020 um 03:49 Uhr)

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