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