RÉSUMÉ EN ALLEMAND

AERODYNAMIK DES FLUGES



EINFÜHRUNG

Schub, Luftwiderstand, Auftrieb und Gewicht sind Kräfte, die auf alle Flugzeuge im Flug wirken. Zu verstehen, wie diese Kräfte wirken, und zu wissen, wie sie mit Hilfe von Antrieb und Flugsteuerung kontrolliert werden können, ist für den Flug unerlässlich. Die vier Kräfte, die auf ein Flugzeug im unbeschleunigten Geradeausflug wirken, sind Schub, Luftwiderstand, Auftrieb und Gewicht. Sie sind wie folgt definiert:
- Schub — die Vorwärtskraft, die durch das Triebwerk/den Propeller oder den Rotor erzeugt wird. Sie wirkt der Widerstandskraft entgegen oder überwindet sie. In der Regel wirkt sie parallel zur Längsachse. Dies ist jedoch nicht immer der Fall.
- Luftwiderstand - eine nach hinten gerichtete, bremsende Kraft, die durch die Unterbrechung der Luftströmung durch Flügel, Rotor, Rumpf und andere hervorstehende Objekte verursacht wird. In der Regel wirkt der Luftwiderstand dem Schub entgegen und wirkt parallel zum relativen Wind nach hinten.
- Auftrieb — ist eine Kraft, die durch die dynamische Wirkung der Luft auf die Tragfläche erzeugt wird und senkrecht zur Flugbahn durch das Auftriebszentrum und senkrecht zur Querachse wirkt. Im Horizontalflug wirkt der Auftrieb der abwärts gerichteten Kraft des Gewichts entgegen.
- Gewicht — Die Schwerkraft ist die Anziehungskraft, die alle Körper zum Mittelpunkt der Erde zieht. Der Schwerpunkt kann als der Punkt betrachtet werden, an dem das gesamte Gewicht des Flugzeugs konzentriert ist. Wenn das Flugzeug genau an seinem Schwerpunkt aufgehängt wäre, würde es sich in jeder Lage ausbalancieren. Der Schwerpunkt ist für ein Flugzeug von großer Bedeutung, da seine Position einen großen Einfluss auf die Stabilität hat.

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Die Auftriebs- und Widerstandskräfte sind das direkte Ergebnis der Beziehung zwischen dem relativen Wind und dem Flugzeug. Die Auftriebskraft wirkt immer senkrecht zum relativen Wind und die Widerstandskraft wirkt immer parallel und in der gleichen Richtung wie der relative Wind. Diese Kräfte sind eigentlich die Komponenten, die eine resultierende Auftriebskraft auf den Flügel erzeugen.

Anstellwinkel (Angle of Attack)

Die Sehne eines profilseme ist eine gedachte gerade Linie, die von der Vorderkante zur Hinterkante durch das Profil verläuft. Die Sehnenlinie bildet die eine Seite eines Winkels, der letztlich die anstellwinkel bestimmt. Die andere Seite des Winkels wird durch eine Linie gebildet, die die Richtung des relativen Luftstroms angibt. Anstellwinkel ist also definiert als der Winkel zwischen profilseme und der Richtung des relativen Windes. Dies ist nicht zu verwechseln mit dem Winkel zwischen der Sehnenlinie des Flügels und der Längsachse des Flugzeugs.

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Auftrieb

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Wenn sich ein Körper in einem Luftstrom befindet, "öffnet" sich der Luftstrom vor ihm, um ihn auf allen Seiten zu umströmen, und "schließt" sich hinter ihm. Die Stelle, an der sich der Luftstrom "öffnet", und die Stelle, an der sich der Luftstrom "schließt", werden als Trennlinien bezeichnet, die sich unmittelbar vor den Haltepunkten befinden. Am eigentlichen Haltepunkt, auch Stagnationspunkt genannt, ist die Strömungsgeschwindigkeit gleich Null. Befindet sich ein Profil wie ein Flügel in einem Luftstrom mit entsprechendem Einfallswinkel, entsteht eine Differenz zwischen den Summen der Geschwindigkeiten der an der Ober- und Unterseite vorbeiströmenden Luftteilchen und damit ein Druckunterschied.
Dieser Unterschied wird als Zirkulation bezeichnet und ist die Quelle des aerodynamischen Auftriebs. Die Summe der Strömungsgeschwindigkeiten ist an der oberen Oberfläche größer als an der unteren Oberfläche.
Wenn der Anstellwinkel allmählich in Richtung eines positiven Anstellwinkels ansteigt, nimmt der Auftrieb bis zu einem bestimmten Punkt rasch zu und beginnt dann plötzlich abzunehmen. Bei dieser Aktion steigt die Widerstandskomponente zunächst langsam und dann schnell an, wenn der Auftrieb zu sinken beginnt. Wenn der Anstellwinkel den maximalen Auftriebswinkel erreicht, nimmt der Druck an der Oberseite aufgrund der Strömungsablösung abrupt ab und der Flügel "stallt".

Lufwiderstand

Um Auftrieb zu erhalten, muss ein relativer Überdruck an der Unterseite des Flügels und/oder ein relativer Unterdruck an der Oberseite des Flügels herrschen. Dieser Druckunterschied bewirkt, dass die Luft direkt von der Unterseite zur Oberseite um die Flügelspitze herum strömt, wodurch eine Ablenkung des Luftstroms entsteht. Dies hat zur Folge, dass die allgemeine Luftströmung unter der Unterseite um einige Grad in Richtung Flügelspitze abgelenkt wird. Und auf der Oberseite wird der Luftstrom zur Flügelmitte hin abgelenkt.
Wenn die Unter- und die Oberseitenströmung schließlich an der Hinterkante des Flügels zusammentreffen, kreuzen sie sich und bilden kleine (sehr kleine) Wirbel stromabwärts des Flügels.

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Wenn man ein Flugzeug von hinten betrachtet, fließen diese Wirbel gegen den Uhrzeigersinn um die rechte Spitze und im Uhrzeigersinn um die linke Spitze. Wenn sich die Luft (und die Wirbel) von der Rückseite Ihres Flügels lösen, neigen sie sich nach unten, was als Abwind bezeichnet wird.
Diese Wirbel, die auch als Prandtl-Wirbel bezeichnet werden, sind umso stärker, je geringer die Fluggeschwindigkeit und je größer der Anstellwinkel ist (während der Anflug- und Landephase von Verkehrsflugzeugen).

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Die Intensität oder Stärke der Wirbel ist direkt proportional zum Gewicht des Flugzeugs und umgekehrt proportional zur Spannweite und Geschwindigkeit des Flugzeugs. Je schwerer und langsamer das Flugzeug ist, desto größer ist der anstellwinkel und desto stärker sind die Flügelspitzenwirbel. Ein Flugzeug erzeugt also Flügelspitzenwirbel mit maximaler Stärke während der Start-, Steig- und Landephase.

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Die verschiedenen Winkel

- `Ø` Die Fluglage ist der Winkel zwischen der Rumpfachse und der Horizontalen.
- `γ` Neigung ist der Winkel zwischen der Horizontalen und der Geschwindigkeitsachse.
- `α` Inzidenz ist der Winkel, der zwischen der Längsachse des Flugzeugs und der relativen Windrichtung (Geschwindigkeitsachse) gebildet wird.

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Hinweis: Der Anstellwinkel wird in Bezug auf die Flugzeugachse und nicht auf den Flügel definiert. Um den Luftwiderstand im Reiseflug zu verringern, steht der Flügel in einem Winkel zur Flugzeugachse. Dieser Winkel wird als Überziehwinkel bezeichnet. Er ist der Winkel zwischen der Profilsehne des Flügels und der Längsachse des Flugzeugs.

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