Wie entsteht Auftrieb? mal wieder ;) (erweitert)

[j_tilde]

Hi,

am Donnerstag diskutierte ich mit zwei Flugzeugbau-Studenten über die Entstehung von Auftrieb. Erst (im Unterricht) auf englisch (was uns alle leider bald an die Grenzen unserer Sprachfähigkeit brachte), dann auf deutsch. Er fing als Erklärungsbeginn wieder mit Bernoulli an…
Und leider musste ich feststellen, dass ich das Thema immer noch nicht richtig begriffen habe wie ich nach http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarchiv…
vermutete.

Ich bitte euch deshalb meine Erklärung ggf. zu korrigieren bzw zu ergänzen:

-man kann Flügelprofile nicht (komplett) im voraus berechnen weil sich die Wirbel nicht simulieren lassen

-man kann (nur!) mit der Zirkulationsströmungserklärung (ZSE) den prinzipiellen Auftrieb (Nebeneffekte wie z.B. Randwirbel seien vernachlässigt) vollständig erklären.

-die ZSE führt auch bei symetrischen Flügelprofilen (Rechteck, Tropfen, …) zu einem, wenn auch geringeren, Auftrieb. Frage: warum/wie entsteht hier der Anfahrtswirbel?

• mit zunehmender Geschwindigkeit (Start) geschieht folgendes:
  1.laminare Strömung, Luftgeschwindigkeit oben und unten gleich.
  2.Anfahrtswirbel entsteht da Luftteilchen an der Flügeloberfläche der Oberseite stärker abgebremst werden als unten (s. http://www.wissen.swr.de/warum/fliegen/themenseiten/…). Dieser Wirbel besteht den kompletten Flug über. Frage: warum werden die Luftteilchen unten nicht so stark abgebremst? Warum dreht sich der Anfahtswirbel nicht in die andere Richtung? Bzw bei gleicher Abbremsung: warum entstehen nicht zwei, gegenläufige Anfahtswirbel?
  3.der Anfahrtswirbel beschleunigt Luftteilchen hinter dem Flügel nach unten und treibt damit die Zirkulationsströmung (als Gegenströmung) an
  4.Die Luftgeschwindigkeiten addieren sich daraufhin so (vLuft=0): voben = vFlugzeug + vStrömung; vunten = vFlugzeug - vStrömung

5. Nach Bernoulli folgt dann da die ober und untere Luftmasse gleich ist unten ein erhöhter, oben ein verkleinerter Luftdruck = Auftrieb

• würde ein rauhere Flügeloberfläche die Entstehung des Anfahrtswirbel nicht noch begünstigen und evtl sogar zu einer Erhöhung der Zirkulationsströmung (=Auftrieb) führen?

Vielen Dank und Grüße,
J~

[Oliver_T]

Hi,

Hallo Jame,

keine Ahnung, auf welchem Niveau du dieses Thema behandeln möchtest – ich möchte nur darauf hinweisen, daß vor allem beim Start entgegen der landläufigen Meinung der Großteil des Flugzeugfliegens durch den klassischen „Abpralldruck“ der Luft entsteht, welcher durch die Flügelneigung zustande kommt. Die von vorne kommende Luft prallt am Flügel ab und wird nach unten gedrückt, das Flugzeug somit nach oben.

Vgl. Bergmann-Schäfer Kap. 18.2 „Dynamischer Auftrieb“, wo erklärt wird, daß die häufig zu findende Lehrbuchmeinung falsch ist, nach der der Auftrieb des Flugzeugs durch Druckdifferenz beim Umströmen des Flügels entsteht.

Viele Grüße

Oliver

am Donnerstag diskutierte ich mit zwei Flugzeugbau-Studenten
über die Entstehung von Auftrieb. Erst (im Unterricht) auf
englisch (was uns alle leider bald an die Grenzen unserer
Sprachfähigkeit brachte), dann auf deutsch. Er fing als
Erklärungsbeginn wieder mit Bernoulli an…
Und leider musste ich feststellen, dass ich das Thema immer
noch nicht richtig begriffen habe wie ich nach
http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarchiv…
vermutete.

Ich bitte euch deshalb meine Erklärung ggf. zu korrigieren bzw
zu ergänzen:

-man kann Flügelprofile nicht (komplett) im voraus berechnen
weil sich die Wirbel nicht simulieren lassen

-man kann (nur!) mit der Zirkulationsströmungserklärung (ZSE)
den prinzipiellen Auftrieb (Nebeneffekte wie z.B. Randwirbel
seien vernachlässigt) vollständig erklären.

-die ZSE führt auch bei symetrischen Flügelprofilen (Rechteck,
Tropfen, …) zu einem, wenn auch geringeren, Auftrieb. Frage:
warum/wie entsteht hier der Anfahrtswirbel?

• mit zunehmender Geschwindigkeit (Start) geschieht folgendes:
  1.laminare Strömung, Luftgeschwindigkeit oben und unten
  gleich.
  2.Anfahrtswirbel entsteht da Luftteilchen an der
  Flügeloberfläche der Oberseite stärker abgebremst werden als
  unten (s.
  http://www.wissen.swr.de/warum/fliegen/themenseiten/…).
  Dieser Wirbel besteht den kompletten Flug über. Frage: warum
  werden die Luftteilchen unten nicht so stark abgebremst? Warum
  dreht sich der Anfahtswirbel nicht in die andere Richtung? Bzw
  bei gleicher Abbremsung: warum entstehen nicht zwei,
  gegenläufige Anfahtswirbel?
  3.der Anfahrtswirbel beschleunigt Luftteilchen hinter dem
  Flügel nach unten und treibt damit die Zirkulationsströmung
  (als Gegenströmung) an
  4.Die Luftgeschwindigkeiten addieren sich daraufhin so
  (vLuft=0): voben = vFlugzeug + vStrömung; vunten = vFlugzeug -
  vStrömung

5. Nach Bernoulli folgt dann da die ober und untere
   Luftmasse gleich ist unten ein erhöhter, oben ein
   verkleinerter Luftdruck = Auftrieb

• würde ein rauhere Flügeloberfläche die Entstehung des
  Anfahrtswirbel nicht noch begünstigen und evtl sogar zu einer
  Erhöhung der Zirkulationsströmung (=Auftrieb) führen?

Vielen Dank und Grüße,
J~

[Jojo_e840a4]

Wasserflugzeuge?
Hallo,

Ich hätte noch ne Frage dazu: Wie ist das einglich beim Start von Wasserflugzeugen?
Die scheinen sich ja erstmal „aus dem Wasser abzudrücken“ (wasserskimäßich?), bevorse wirklich von den Flügeln hochgehoben werden. Wie funzt da der Übergang?

Grüße,
Jojo

[Felix_740c59]

Hi,
Bei niedrigen Geschwindigkeiten Verhalten sich die Floats (die Schwimmkörper) der Wasserflugzeuge wie Schiffe. Wenn genügend Geschwindigkeit vorhanden ist gleiten sie wie Wasserski übers Wasser (nennt sich im engl. „on the step“) und der Widerstand nimmt deutlich ab; kurz danach hat das Flugzeug genug Fahrt um abzuheben.
Selber miterlebt: Bei so genannten „glassy water“ Bedingungen (die Wasseroberfläche ist spiegelglatt) kann es passieren, das die Maschine bei hoher Beladung/schwacher Motorisierung nicht genügend Geschwindigkeit hat um „on step“ zukommen. In diesem Fall wird ein Vollkreis auf dem Wasser „gefahren“ um die eigenen Wellen als Hilfe zu benutzen.

Felix

[j_tilde]

Hi Oliver,

keine Ahnung, auf welchem Niveau du dieses Thema behandeln
möchtest

so, dass meine Neugierde befriedigt wird
Ich möchte kein Studium absolvieren, aber eine schlüssige Erklärung hätte ich schon gerne weil mich diese Frage schon seit Jahren immer wieder beschäftigt und ich immer noch keine Lösung gefunden habe.

Aber OK, hier im Forum mag mir wohl keiner meine Thesen bestätigen oder entkräften. Werde mal schauen, ob ich die wo anders geklärt bekomme und mein Posting (fürs Archiv) selbst beantworten kann.

– ich möchte nur darauf hinweisen, daß vor allem
beim Start entgegen der landläufigen Meinung der Großteil des
Flugzeugfliegens durch den klassischen „Abpralldruck“ der Luft
entsteht, welcher durch die Flügelneigung zustande kommt.

…also die Newton’sche Auftriebstheorie. Ist _das_ der Bodeneffekt? Bodeneffekt fahrzeuge schweben ja auch ohne zu „fliegen“.

Vgl. Bergmann-Schäfer Kap. 18.2 „Dynamischer Auftrieb“, wo

meinst du damit „Lehrbuch der Experimentalphysik : zum Gebrauch bei akademischen Vorlesungen und zum Selbststudium“ ?

Viele Grüße,
J~

[Oliver_T]

Hi Oliver,

keine Ahnung, auf welchem Niveau du dieses Thema behandeln
möchtest

so, dass meine Neugierde befriedigt wird
Ich möchte kein Studium absolvieren, aber eine schlüssige
Erklärung hätte ich schon gerne weil mich diese Frage schon
seit Jahren immer wieder beschäftigt und ich immer noch keine
Lösung gefunden habe.

Alles klar, ich bin nämlich auch kein Flugzeugbauer, aber so ein wenig Verständnis bringe ich schon auch mit.

– ich möchte nur darauf hinweisen, daß vor allem
beim Start entgegen der landläufigen Meinung der Großteil des
Flugzeugfliegens durch den klassischen „Abpralldruck“ der Luft
entsteht, welcher durch die Flügelneigung zustande kommt.

…also die Newton’sche Auftriebstheorie. Ist _das_ der
Bodeneffekt? Bodeneffekt fahrzeuge schweben ja auch ohne
zu „fliegen“.

Es ist eben ein gewaltiger Unterschied, ob du bei gleichbleibender Höhe fliegen möchtest (da hat man das Zirkulationsströmungsmodell) oder steigen möchtest.

Vgl. Bergmann-Schäfer Kap. 18.2 „Dynamischer Auftrieb“, wo

meinst du damit „Lehrbuch der Experimentalphysik : zum
Gebrauch bei akademischen Vorlesungen und zum Selbststudium“ ?

Genau. Dieses Buch ist übrigens so geschrieben, daß man es auch als Nichtphysiker lesen kann, allerdings muß man schon ein bissel Ehrgeiz mitbringen. Für die klassische Experimentalphysikj-Vorlesung ist es übrigens nicht sehr geeignet.

Viele Grüße

Oliver

[ThoFe]

Hallo Jojo,

bei Wasserflugzeugen kommt meines Wissens noch etwas anderes dazu.
Der Rumpf oder die Schwimmer sind nicht glatt sondern haben kurz hinter dem Schwerpunkt eine sogenannte Abrisskante.
Wenn die nicht da ist, dann kann sich der Rumpf nicht vom Wasser lösen.
Und damit die wirkt darf die Wasseroberfläche nicht total glatt sein.

Gruß
TF

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