Segelflug Theorie Ausbildung

Aerodynamic

von Andreas Winkler

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Aerodynamic - Übersicht

• Strömungsgesetze• Auftrieb• Widerstand• Kräfte am Flugzeug• Flugleistungen• Stabilität

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Aerodynamic - Strömungsgesetze

• Statischer Druck• Staudruck• Gesamtdruck• Gesetz nach Bernoulli• Reynoldszahl

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Strömungsgesetze - Statischer Druck

• Statischer Druck Pst– Druck der umgebenden Luft– Sinkt mit zunehmender Höhe– Maß für Höhenmessung– Schwierige Messung an bewegenden Körpern

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Strömungsgesetze - Staudruck

• Staudruck q– q = 0,5 * (ro * v2)– ro = Dichte– Maß für Geschwindigkeit– Fahrtnesser

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Strömungsgesetze - Gesamtdruck

• Gesamtdruck Pges– Pges = Pst + q – Ist constant (gleich) an jeder Meßstelle

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Strömungsgesetze - Bernoulli

• Gesetz nach Bernoulli– Engerer Querschnitt = Höhere Geschwindigkeit = geringerer Druck

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Strömungsgesetze - Reynoldszahl

• Reynoldszahl Re– Maßzahl bei Vergleich von Strömungen– Re muß gleich sein– z.B. Vergleich Modell:Original

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Aerodynamic - Auftrieb

• Strömung um Profil– Druckverteilung– Druckpunkt– Luftkraft

• Auftriebskraft– Auftriebsbeiwert– Anstellwinkel

• Polardiagramm– Druckpunktwanderung

• Tragflügel– Auftriebsverteilung

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Auftrieb - Strömung um Profil

• Druckverteilung– Form abhängig von Anstellwinkel – Größe abhängig von Geschwindigkeit– V höher = geringerer Druck– V geringer = höherer Druck

– nur bis zum Strömungsabriß =– Ablösung an der Oberseite

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Auftrieb - Strömung um Profil

• Druckpunkt– Gedanklicher Punkt am Profil wo Luftkraft angreift– Wandert mit gößerem Anstellwinkel nach vor

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Auftrieb - Strömung um Profil

• Luftkraft– Gedankliche Luftkraft aus Druckverteilung– vom Druckpunkt aus– teilt sich in Auftrieb und Widerstand

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Auftrieb - Auftriebskraft

• Auftriebskraft– Auftriebsbeiwert– Anstellwinkel

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Auftrieb - Polardiagramm

• Polardiagramm– größerer Anstellwinkel = mehr Auftrieb

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Auftrieb - Tragflügel

• Tragflügel– Auftriebsverteilung

– A = CA*q*S– A = Auftrieb– q = Staudruck = ro*v2/2– S = Flügelfläche– CA = Auftriebsbeiwert = Abhängig von Flügelform und vonAnstellwinkel

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Aerodynamic - Widerstand

• Widerstandskraft• Profilwiderstand• Reibungswiderstand - Grenzschichte• Induzierter Widerstand• Schädlicher Widerstand• Interferenzwiderstand

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Widerstand - Widerstandskraft

• W = Cw*q*S– W = Widerstandskraft– Cw = Gesamt Widerstandsbeiwert, abhängig von Anstellwinkel– q = Staudruck = ro*V2/s ro = Luftdichte– S = Fläche (Anströmfläche)– Cw = Reibung + Profil + Induziert + Interferenz

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Widerstand - Profilwiderstand

• Abhängig von der Profilform– Profilform hat geringstes Cw

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Widerstand - Reibungswiderstand

– Durch Luftreibung an der Oberfläche– Innerhalb der Grenzschichte– Abhängig ob Strömung Laminar oder Turbulent

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Widerstand - Reibungswiderstand

– Abhängig von Grenzschichte

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Widerstand - Induzierter Widerstand

• Cwi = Ca2 / П *Streckung– Cwi ist größer je größer Ca = geringer die Geschwindigkeit– Cwi ist kleiner je größer die Streckung– Streckung = b2/S b =Spannweite S = Flügelfläche

• Druckausgleich zwischen Flügeloberseite und Unterseite

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Induzierter Widerstand - Streckung

• Streckung ist wesentlichster Widerstandsfaktor– Winglet und Flugelform verringert Cwi

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Widerstand - Schädlicher Widerstand

• Formwiderstand

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Widerstand - Interferenzwiderstand

• Im Grenzbereich unterschiedlicher Bauteile• Durch örtlichen Druckanstieg

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Aerodynamic - Stömungsabriß

• Überschreiten des kritischen Anstellwinkels– Strömungsabriß am Tragflügelprofil– Auftriebsverlust– Widerstandsanstieg

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Aerodynamic - Kräfte

• Stationärer Geradeausflug• Kräftegleichgewicht• Stationärer Kurvenflug• Abfangen• Windenstart• Motorflug-F-Schlepp• Lilienthalsches Polardiagramm

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Kräfte - Stationärer Geradeausflug

• Stationärer Geradeausflug– Stationärer Flugzustand– Luftkraft kompensiert Gewicht– Geschwindigkeit ist konstant– n=1 n=Lastvielfaches

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Kräfte - Kräftegleichgewicht

• Kräftegleichgewicht

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Kräfte - Stationärer Kurvenflug

• Stationärer Kurvenflug– 60° entspricht n=2

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Kräfte - Abfangen

• Abfangen– Instationärer Flugzustand– Luftkraft größer als Gewicht– n größer als 1

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Kräfte - Windenstart

• Windenstart

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Kräfte - Motorflug F-Schlepp

• Motorflug-F-Schlepp

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Kräfte - Lilienthalsches Polardiagramm

• Lilienthalsches Polardiagramm

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Aerodynamic - Flugleistungen

• Geschwindigkeitspolare– Windstille– Gegenwind– Flächenbelastung

• McCready• Rechner

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Aerodynamic - Flugleistungen

• Geschwindigkeitspolare– Windstille– Gegenwind– Flächenbelastung

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Flugleistungen - Geschwindigkeitspolare

• Geschwindigkeitspolare– Windstille– Gegenwind– Flächenbelastung

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Flugleistungen - Geschwindigkeitspolare

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Flugleistungen - Mc Cready

• McCready– Wer ist der schnellste ?– Wie schnell muß ich fliegen?

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Flugleistungen - Endanflugrechner

• Rechner– Bestimmung der Endanfluggeschwindigkeit– Tafelscheibe– E-Variometer– GPS Unterstützung– Logger– Kompassunterstützung - Windberechnung

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Aerodynamic - Stabilität

• Gleichgewichtszustände• Längsstabilität

– Statisch– Dynamisch

• Neutralpunkt-Schwerpunkt• Querstabilität• Richtungsstabilität• Koppelungen• Trudeln

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Stabilität - Gleichgewichtszustände

• Gleichgewichtszustände - Stabilität– Statisch– Dynamisch

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Stabilität - Längsstabilität

• Längsstabilität

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Stabilität - Neutralpunkt/Schwerpunkt

• Neutralpunkt-Schwerpunkt– Definition Neutralpunk = Aerodynamische Neutralität– Schwerpunkt immer vor Neutralpunkt

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Stabilität - Querstabilität

• Querstabilität

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Stabilität - Richtungsstabilität

• Richtungsstabilität

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Stabilität - Koppelungen

• Koppelungen

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Stabilität - Trudeln

• Trudeln