[PHY01] Grundlagen der Aerodynamik
Zur Vervollständigung der Seite steht die Präsentation zur Verfügung. Der Wiki-Artikel hier wird zunächst in Form von Stichpunkten aufgebaut werden, damit die wesentlichen Inhalte schon mal vorhanden sind, bevor diese Stichpunkte schrittweise in Fließtext ausformuliert werden.
Dieses Modul aus der Kategorie: Physik des Fliegens behandelt die Grundlagen der Aerodynamik, eines der beiden Teilgebiete der Flugphysik (das zweite Teilgebiet stellt die Flugmechanik dar, die im folgenden Modul Grundlagen der Flugmechanik (PHY02) behandelt wird). Dafür werden keine anderen Module vorausgesetzt.
Die Aerodynamik als Teilgebiet der Strömungsmechanik befasst sich ganz allgemein mit Strömungen von Gasen, wobei dieses Modul sich mit der Luftströmung um ein Flugzeug beschäftigt. Wesentliche Aspekte sind dabei die Entstehung der beiden von der Strömung auf das Flugzeug ausgeübten Kräfte Auftrieb und Widerstand sowie deren Einflussfaktoren. Zunächst werden jedoch einige allgemeine Grundlagen erläutert bevor auf diese beiden Kräfte genauer eingegangen wird. Als Vorbemerkung sei erwähnt, dass zur Entstehung des Auftriebs (und auch zu anderen Aspekten der Flugphysik) einige falsche Theorien sehr weit verbreitet sind. Obwohl diese Theorien die Entstehung des Auftriebs nicht korrekt erklären, sollen hier trotzdem drei typische weit verbreitete falsche Theorien kurz erläutert werden. Dies ist aus zwei Gründen sinnvoll: Erstens kann dadurch Verwirrung vermieden werden, wenn man beim Nachlesen in der Literatur auf eine dieser falschen Theorien stößt; zweitens hilft ein genaueres Verständnis, warum diese Theorien die Entstehung des Auftriebs nicht korrekt erklären, auch zu verstehen, wie sich die Entstehung des Auftriebs denn tatsächlich erklären lässt.
Theorie 1: Wird demnächst vervollständigt.
Theorie 2: Wird demnächst vervollständigt.
Theorie 3: Wird demnächst vervollständigt.
Allgemeine Grundlagen
Es folgen zunächst einige ausgewählte Begriffsdefinitionen und andere allgemeine Grundlagen, die für das Verständnis der Inhalte in diesem Modul von besonderer Bedeutung sind. Bei den Definitionen ist hier weniger die exakte (mathematische) Definition relevant, sondern eher das darauf basierende gedankliche Modell, wie man sich das Verhalten von Strömungen vorstellen kann.
Bahnlinien und Stromlinien:
Strömungen werden oftmals durch verschiedene Arten von charakteristischen Linien bildlich dargestellt, von denen zwei hier näher erläutert werden sollen.
Die Abbildung auf der linken Seite zeigt beispielhafte Bahnlinien für eine Strömung bestehend aus drei Luftteilchen. Die Bahnlinien stellen dabei die aufgezeichnete Bewegung der einzelnen Teilchen dar, was man sich so vorstellen kann als würden die Teilchen bei ihrer Bewegung eine sichtbare Spur hinterlassen. Wie im Beispiel gezeigt, können Bahnlinien von verschiedenen Teilchen sich kreuzen - dies bedeutet jedoch nicht zwangsläufig, dass die Teilchen sich dort treffen, da sie den Kreuzungspunkt auch zu unterschiedlichen Zeiten erreichen können. Wie anhand des untersten Teilchens verdeutlicht, kann eine Bahnlinie auch sich selbst kreuzen, wenn ein Teilchen sich zum Beispiel im Kreis bewegt und den Kreuzungspunkt zu einem späteren Zeitpunkt wieder passiert. Die Verwendung von Bahnlinien für die bildliche Darstellung einer Strömung rückt also die einzelnen Luftteilchen in den Fokus - diese Art der Darstellung wird jedoch in der Aerodynamik selten verwendet, da in den üblicherweise betrachteten Luftmassen die Anzahl der Teilchen so enorm groß ist und die Teilchen selbst so enorm klein sind, dass das Verhalten der Strömung sich besser durch ein sogenanntes "Kontinuum"
- Bahnlinien definiert durch Bewegung einzelner Teilchen
- Stromlinien definiert durch Geschwindigkeitsvektoren als Tangenten
- Strömende Fluide meist besser als "zähe Masse" und nicht als "Haufen von Teilchen" zu verstehen
Bahnlinien Stromlinien
Stromröhre: XYZ
Grenzschicht und Außenströmung: XYZ
Anstellwinkel: XYZ
Einstellwinkel: XYZ
Schiebewinkel: XYZ
Auftrieb: XYZ
Widerstand: XYZ
Wird demnächst vervollständigt.
[Kontinuitätsgleichung und Bernoulli-Gleichung kurz erklären]
Auftrieb
In diesem Abschnitt wird genauer auf den Auftrieb an einer Flugzeugtragfläche eingegangen. Dabei wird mit dem Begriff Auftrieb hier stets der dynamische Auftrieb bezeichnet - in Abgrenzung zum statischen Auftrieb, der beispielsweise von Ballonen und Luftschiffen genutzt wird.
Grundprinzip des dynamischen Auftriebs
Wird demnächst hinzugefügt.
[Druckpunktwanderung kurz erwähnen]
[Anfahrwirbel, Zirkulation und Wirbelschleppen kurz erwähnen]
Einflussfaktoren des Auftriebs
Wird demnächst hinzugefügt.
Einflussfaktoren des Auftriebsbeiwertes
Wird demnächst hinzugefügt.
Strömungsabriss
Wird demnächst hinzugefügt.
Widerstand
Wird demnächst hinzugefügt.
[Einteilung des Widerstands kurz erwähnen]
Induzierter Widerstand und Nullwiderstand
Wird demnächst hinzugefügt.
Einflussfaktoren des Widerstands
Wird demnächst hinzugefügt.
Einflussfaktoren des Widerstandsbeiwertes
Wird demnächst hinzugefügt.
[Typische Nullwiderstandsbeiwerte besonders betrachten]
[Induzierten Widerstandsbeiwert besonders betrachten]
Widerstandspolare
Wird demnächst hinzugefügt.