Diskussion:Kräfte an Tragflächen

Mathe Formeln

Ich sehe auf der Seite die LaTeX Notation und, wenn ich über bearbeiten -> Vorschau gehe, die "richtige" Formel übersetzt in ein Bild. Das gilt gleichermaßen für meine Spielchen wie für Markus Formeln. Mach ich was falsch?

Gruß, --WolfgangKouker-2222 13:59, 22. Jan. 2008 (CET)

Guckstu Wiki-bugs; im Moment ist das ein Problem, wird aber offenbar daran gearbeitet.

Wen willst Du denn mit Nabla erschrecken?

Ach ja, eine Bitte: möglichst kein Bernoulli Glaubenskrieg. Das führt meist zu nichts. Bernoulli eignet sich zum Beschreiben des reibungsfreien Teils des Strömungsfelds (Sprich Potentialtheorie) sehr gut; und was jetzt Ursache und was Wirkung ist, ist eigentlich nebensächlich.--MarkusN 14:04, 22. Jan. 2008 (CET)

Die Zeichen hab ich nur so aus einer irgendwo "geklaut". Ich wollt erst mal wissen, ob und wie das mit tex so geht.

Danke und Gruß, --WolfgangKouker-2222 14:39, 22. Jan. 2008 (CET)

PS: nix Glaubenskrieg...

Klein fängt man an

Achtung: Du vermischst da zwei Effekte. In der zweidimensionalen Tragflächenumströmung ist "upwash" und "downwash" gleichgross. (Analog der Umströmung des rotierenden Zylinders.) Auch so ist eine Impulsänderung der Strömung über den Flügel vorhanden und Auftrieb kommt zustande. Der von Dir gezeichnete Fall stimmt zwar für den Tragflügel endlicher Streckung. Aber so entsteht leicht der Eindruck, für Auftrieb sei mehr "Downwash" als "Upwash" nötig. Was nicht der Fall ist, im Gegenteil; Tragflügel hoher Streckung sind Effizienter. (Und das ist exakt was ich mit dem Glaubenskrieg gemeint habe. Newton und Bernoulli sind zwei Seiten der gleichen Medaille. Es ist nicht nötig, hinter dem Flugzeug bleibenden Abwind zu haben, um zu fliegen.)--MarkusN 16:13, 22. Jan. 2008 (CET)

Upwash und downwash gleich groß? - Jain!

Bei inkompressibler Strömung wird tatsächlich durch "Upwash" gleich viel Luftmasse nach obenbeschleunigt wie durch "downwash" wieder nach unten.

Beim Auftrieb interessiert aber nicht die Massen- sondern die Impulsbilanz. Der Impulsfluss (durch die Einheitsfläche) ist quadratisch abhängig von der Strömungsgeschw. Also: große Fläche, kleine Geschw für upwash und kleine Fläche, große Geschw für downwash gibt wohl eine Gesamtmassenbilanz von Null aber eine Impulsbilanz "nach unten".

Aber ich seh schon, das wird nix, Gruß, --WolfgangKouker-2222 16:41, 22. Jan. 2008 (CET)

"Der Impulsfluss (durch die Einheitsfläche) ist quadratisch abhängig von der Strömungsgeschw. Also: große Fläche, kleine Geschw für upwash und kleine Fläche, große Geschw für downwash gibt wohl eine Gesamtmassenbilanz von Null aber eine Impulsbilanz "nach unten"."

Das ist richtig (z.B. Staustrahltriebwerk), aber nicht der Mechanismus, der am Flügel Auftrieb erzeugt. Sonst könnte z.B. ein rotierender Zylinder keinen Auftrieb erzeugen (Magnus-Effekt), denn die Strömung darüber ist, abgesehen von kleinen Reibungsverlusten, symmetrisch.

Impulsfluss hast Du auch bei symmetrischer Strömung am Flügel: Von maximalem Aufwind vor dem Flügel wird umgelenkt auf maximalen Abwind dahinter.

Hast Du Dir den Simulator auf der NACA Site mal angesehen? Die Stromlinien sind da sauber simuliert. Ist alles im Wesentlichen symmetrisch. Schon in kleiner Distanz zum Flügel ist die Strömung über jeden Auftriebserzeugenden Flügel praktisch identisch mit der Zylinderströmung.

Ist zwar alt, aber kann ich empfehlen: Abbot&Doenhoff, Theory of Wing sections. (Ausserdem mit knapp 15$ geradezu lächerlich günstig.) AFAIK berechnet H. Quabeck nach der dort vorgestellten Methode immer noch seine HQ-Profile.

--MarkusN 22:38, 22. Jan. 2008 (CET)

Magnus Effekt, Potentialströmung und Downwash - ein kleiner Dreh genügt

Der umströmte rotierende Zylinder...

wird i.d.R. dargestellt als Überlagerung eines Grundstroms von links und eine wirbelfreien Zirkulationsströmung im Uhrzeigersinn. Dies sorgt im Mittel für eine Anströmung von links-unten und eine Abströmung nach rechts-unten. Der Zylinder hat sicher Auftrieb, die mittlere Anströmung mit Komponente von unten entbehrt aber jeden Sinn für Realität: Sie wird dem Zylinder "geschenkt" und erlaubt ihm durch symmetrische Umlenkung Auftrieb zu haben.

Beim real existierenden Fußball mit Spin getreten aber auch beim fliegenden Flugzeug kommt die Strömung im Mittel aber von vorne. Es wird nichts geschenkt!

Der Dreh

Potentialströmung um den Zylinder ist sicher geeignet, auch diesen Ball zu beschreiben. Was ist aber zu tun, um die mittlere Anströmung von vorne hinzukriegen? Ganz einfach: Wir sind ja frei und lassen den Grundstrom statt von links von oben-links kommen. Im Mittel ist die Anströmung dann richtig von vorne, wir haben aber eine mittlere Abströmung nach unten. Die Symmetrie ist gewahrt, die Symmetrieachse aber leicht im Uhrzeigersinn gegen das "übliche" Bild gedreht.

Dieser Dreh ist das Analogon zum Anstellwinkel beim Flügel. Bei der Joukowski Transformation ist dieser Dreh explizit unnötig, weil die Transformation durch Asymmetrie diesen Dreh ausführt und er dadurch implizit vorhanden ist.

Die Konsequenz

Rechnest Du nach dem Dreh Massen- und Impulsbilanzen, kommst Du auf eine Auftriebsversion - richtig - wie der Vortrieb der Düse. Der Frieden ist gesichert und die Potentialströmung bleibt beliebtes Steckenpferd.

--WolfgangKouker-2222 13:53, 23. Jan. 2008 (CET)

Die ganzen Tricks sind unnötig. Die Anströmung kommt im Unterschall eben nicht von vorn. Weil die Strömung den Unterdruck über dem Flügel "spürt" und schon vor dem Flügel nach oben abweicht.

Ich kann nicht von mir behaupten, dass ich durch die ganze Geschichte sauber durchblicke. Aber die Methoden der Grenzschichtheorie (Reibung berücksichtigt in der Grenzschicht, Rest des Strömungsfeldes bearbeitet mit Potentialtheorie) werden seit bald hundert Jahren erfolgreich angewendet. Angefangen mit Joukowsky, über Glauert, Wortmann, Eppler, Drela. Wenn das Auftriebsfeld signifikant asymmetrisch wäre (abgesehen von den Störungen durch Reibung), hätte sich diese Theorie schon lange überholt.

Nenne mir bitte eine seriöse, anerkannte Publikation, die den (sorry) Stuss von "schräg von oben kommende Anströmung" verbreitet. Den Anderson, Eberhard zähle ich nicht dazu. Wer den Downwash von Randwirbeln auf seine Titelseite setzt und behauptet, Auftrieb zu erklären, den kann ich nicht ernst nehmen. Ausserdem ist in den ganzen "Credentials" nicht eine seriöse Fachgrösse.

Und nochmal: Die Potentialthorie widerspricht dem Impulserhaltungssatz nicht. --MarkusN 14:08, 23. Jan. 2008 (CET)

Ach ja: Nicht identisches, aber vergleichbares Phänomen, das für jeden einfach zu beobachten ist: Hast du schon einmal die Wasseroberfläche, oder ein darauf schwimmendes kleines Objekt beobachtet beim Durchgang einer Welle? Bevor die Welle ankommt, senkt sich die Wasseroberfläche ab, bewegt sich das Objekt auf die anrollende Welle zu. Wird dann angehoben und in Wellenlaufrichtung verschoben. Und sinkt wieder ab. Es beschreibt die Kreisbahn, die Du für den feststehenden Beobachter eingezeichnet hast.

Ich bin mit fast allem, das die Impulsthoretiker verbreiten einverstanden. Eines schlucke ich ohne handfeste Beweise nicht: Mehr Abwind hinter dem Flügel als davor für zweidimensionale Strömung.

Ich werde jetzt nochmal deutlich, sorry dafür: Wer das verbreitet, hat seinen Prandtl nicht verstanden (Induzierter Anstellwinkel, Induzierter Widerstand)

Noch als Erklärungshilfe für "Aber von nichts kommt nichts! Damit ich das Flugzeug tragen kann, muss ich doch etwas nach unten beschleunigen!" Ja! Aber nicht netto. Es wird keine Arbeit geleistet (sowenig wie ein Tisch arbeit leistet, der eine Masse trägt.) Die netto-Bilanz darf 0 sein!--MarkusN 14:29, 23. Jan. 2008 (CET)

Korrigenda bzw Klarstellung

Anströmung

Ich schrieb, die Strömung muss im Mittel von vorne kommen. Aber die horizontale Grundströmung überlagert mit der Zirkulationsströmung ist immer(!) eine mittlere Anströmung von schräg unten. Daher der Vorschlag mit dem "Dreh"

2 vs 3 Dimensionen

Hier lass ich gerne mit mir verhandeln. Der Grund für die 2-d Darstellung liegt in der Vereinfachung. Bei Durchführung des Grenzübergangs (mathematisch) für Streckung gegen unendlich hat man vermutlich tatsächlich keinen Netto Impulsfluss nötig zur Auftriebserzeugung.

Literaturhinweis

Jaakko Hoffren, Helsinki University of technology, Laboratory of Aerodynamics, Espoo, Finland (e-mail Adresse auf Anfrage): "Quest for an improved explanation of lift", AIAA 2001-0872

Abstract (weil so schön kurz):

The classical explanations of lift involving potential flow, circulation and Kutta condition are criticized as abstract, non-physical and difficult to comprehend. Friction is discarded as a basic reqirement for the existence of lift by presenting several contradictions resulting from the assumption of the necessity of viscosity. Based directly on Newton's well-known principles, an improved explanation of lift aimed at laymen and first-year students of aeronautics is proposed.

Ich vergaß Gruß und Unterschrift... --WolfgangKouker-2222 15:03, 23. Jan. 2008 (CET)

Jetzt kommen wir uns näher.

Hoffrens Kritik, dass die bisherige Theorie unanschaulich sei, kann ich nachvollziehen. Dass man Auftrieb mit Impulssatz erklären will, auch.

Wenn man aber jetzt induced downwash (dreidimensionale Strömung, Resultat des "Wirbelrings" aus Flächenzirkulation, Randwirbel und Anfahrwirbel) und conversion of upwash to downwash (zweidimensionale Strömung) = Impulsfluss = Kraft miteinander verquickt, löst man falsche Bilder aus. Die zwei Dinge sind strikt voneinander zu trennen. Das lässt einen dann zwar mit dem Paradoxon zurück, dass die Nettoimpulsbilanz Null ist, aber ich denke, mit der "Tisch" Erklärung, kann man das entschärfen.

Induced downwash ist schädlich und absolut unerwünscht. Sonst würden wir kaum nach den höchsten Streckungen jagen.

Ich bin bei dem Thema deshalb so eisern, weil ich mir selbst stundenlang das Hirn zermartert habe, wie induced downwash zustandekommt, und warum er aus Impulsflussgünden zur Auftriebserhöhung nicht nötig und gut ist.

Den "Dreh" würde ich an Deiner Stelle vergessen. Er ist unnötig und führt weitere Pardoxa ein (ich sage nur Volumenerhaltung)

Deshalb plädiere ich wirklich für strikt zweidimensionale (unendliche Spannweite), symmetrische Darstellung des Strömungsfeldes. Wie gesagt: Impulsfluss (über die Flügeltiefe) ist immer noch da. Wir können Newton immer noch bemühen, aber wir kommen nicht in Konflikt mit der Potentialtheorie. --MarkusN 15:39, 23. Jan. 2008 (CET)

PS: Sogar das Glenn Research Center erwähnt Auftrieb, Impulssatz, und 'induced downwash' in einem Atemzug. Grrrr! Aber die Flow Simulation ist sauber. Ebenso wie die auf der Italienischen Site (Die Arbeit des Münchner Studenten); die ist wirklich gut. Den Anderson, Eberhard würde ich aus offensichtlichen Gründen lieber nicht verlinken.

Habe mal wikipedia.de zur Tragfläche gelesen, und mir stehen die Haare zu Berge. Das wird eine richtige Massenhysterie. In der Diskussion schreibt man von einem "Umbruch in der Erklärung des Phänomens". Ja, aber nicht in Richtung eines korrekteren Modells. Meinen denn die Leute, unsere Vorväter hätten nicht zuerst das einfache Newtonsche Modell angeschaut und versucht, mit den beobachteten Resultaten in Einklang zu bringen? Warum wohl sind sie am Schluss bei den weitaus weniger intuitiven Modellen gelandet, die heute gelehrt werden? Ich glaube, ich komme nicht umhin, einen Kreuzzug zu starten. Muss vielleicht auch ein Buch schreiben...

Lift requires Power... Mannomann. Als ob "Obenbleiben" einer Energieumschichtung entsprechen würde. Rakentenflug berechnet man auch nicht mit Energieerhaltung sondern mit dem Impulssatz.--MarkusN 09:01, 24. Jan. 2008 (CET)

OK, habs nochmal genauer gelesen. Ich war unfair mit Anderson / Eberhard. Die wissen, wovon sie schreiben. Aber sie werden fehlinterpretiert. Ausserdem: Ihre Motivation, das Buch zu schreiben, war offensichtlich, Piloten ein Gefühl zu vermitteln, wohin die Leistung ihres Motors geht. Sicherheitsgefühl vermitteln, mit anderen Worten. Das erklärt uch den Fokus ihrer Arbeit.

Natürlich ist es auch so, dass hinter jedem realen Flugzeug (mit endlicher Spannweite) Netto Abwind herrscht. Zm korrekten Verständnis ist es aber wichtig, zu vermitteln, dass dieser Abwind eigentlich ein "Dichtungsverlust" ist, und zur Auftriebserzeugung nicht nötig!--MarkusN 09:26, 24. Jan. 2008 (CET)

Das Tischmodell

funktioniert aus filgendem einfachen Grund nicht: Der Tisch ist ein fester Körper und kann daher (im Gegensatz zu allen Fluiden) Scherkräfte aufnehmen. In der mathematischen Beschreibung sieht man dies am nichtsymmettrischen Spannungstensor.

--WolfgangKouker-2222 09:51, 25. Jan. 2008 (CET)

Der statische Druck (aus dem Modell Tisch)

Da Luft nun einmal keine Scherkräfte aufnimmt, bleibt die Möglichkeit, senkrecht(!) unter dem Flügel bis zum Boden ein Druckfeld aufzubauen, dass das Flugzeug trägt (fast wie der Tisch). Hieraus folgt:

• In gleicher Höhe hat man dann unter dem Flügel erhöhten Luftdruck gegenüber der Umgebung. Dies ist eine Schallwell, entsprechend werden mit Schallgeschwindigkeit horizontale Bewegungen induziert, die den horizontalen Druckunterschied ausgleichen. (Dies bedeutet keineswegs Strömungsgeschwindigkeiten in Schallgeschwindigkeit, d.i. Schallschnelle).

• Das Druckfeld muss bis zum Erdboden reichen. Das würde für jedes vorbeifliegende Flugzeug bedeuten, am Boden einen Rums wie beim sog. Durchbrechen einer Schallmauer bedeuten. Dies wird aber nur von Überschallflugzeugen beobachtet...

--WolfgangKouker-2222 09:51, 25. Jan. 2008 (CET)

Auftrieb und Leistung

Jeder Besitzer eines Tischventilators weiß: Es wird ruhende Luft ständig in Bewegung versetzt. Genau dies geschieht durch den Tragflügel. Als Beleg nimm eine Postkarte und bewege sie mit Anstellwinkel horizontal über eine Kerze. Die Flamme der Kerze wird durch den Luftstoß nach unten flackern.

Diese ständige "Produktion von kinetischer Energie" ist genau die Leistung, die zur Auftriebserzeugung benötigt wird. Dies unterscheidet das Fliegen auch vom daniederliegen auf einen Tisch... --WolfgangKouker-2222 09:51, 25. Jan. 2008 (CET)

Auftrieb und Druck, die II

Das Druckfeld spielt selbstverständlich in Flügelnähe eine wichtige Rolle bei den Kräften. Ist doch im nicht beschleunigten Bezugssystem die Beschleunigung eines Luftteilchens die Summe von:

• Druckgradientkraft
• Reibung durch Viskosität

Entfernt man sich vom Flieger, betrachtet man also ein endliches und beliebig großes Volumen um das Flugzeug herum, spielt der Druck (weil als Oberflächenkraft nur über den Rand des Volumens wirkend) mit größer werdendem Volumen eine immer kleinere Rolle im Spiel der Kräfte. Gleiches gilt aus gleichem Grunde für die viskose Reibung.

Bleibt über die Bewegungsgleichung zum Tragen des Volumens mit Flugzeug drin nur noch die "Beschleunigung der Teilchen" selbst. Diesen Term über das Volumen integriert und bei Benutzung der Kontinuitätsgleichung sowie mindestens des Integralsatzes nach Gauss führt zu einem Impulsfluss nach unten durch den ganzen Rand aus dem Volumen heraus, durch den das Volumen mit Flugzeug drin fliegt. Das gilt übrigens auch bei Beachtung der Kompressibilität - also im (Über)Schallflug.

Bei Wahrung physikalischer Standards hier der klassischen Mechanik und Newtons Axiomen müssten schon weitere Kräfte gefunden werden, die auch dem Experiment standhalten, um dieses Modell zu ergänzen oder zu ersetzen. Das Modell "Tisch" und sein Derivat, die senkrechte "Drucksäule" versagen hier beim Experiment. --WolfgangKouker-2222 09:51, 25. Jan. 2008 (CET)

So direkt wollte ich den Tisch nicht verstanden wissen. Es ging mir nur darum, dass "Obenbleiben" eben kein Energie-, sondern ein Kraftproblem ist, was direkt nichts miteinander zu tun hat.

Was das Modell "Volumen mit Flugzeug drin" angeht, daran habe ich jetzt erstmal zu kauen. Hast natürlich recht; letztendlich muss man da einen Käfig drumlegen und dessen Grenzen betrachten. Was ich noch nicht verdaut habe: dass Druckphänomene bei genügend grossem Umgebungsvolumen als Wirkung vernachlässigbar werden sollen. Ich melde mich wieder.

Was "die neue Anschauung" angeht: Offenbar ist die derzeitige Mode, Auftrieb und Induzierten Widerstand direkt miteinander zu betrachten. (Dann kann man auch nett mit dem Impulssatz rechen). Ist ja eine berechtigte Anschauungsweise; in der realen Welt ist Auftrieb immer an Downwash, Energietransfer, induzierten Widerstand gebunden. Der Nachteil dabei: Wie erkläre ich dem Frager, der eine Polare interpretieren will, den Unterschied zwischen den zwei Termen? ($c_{w_{\infty }}$ und $c_{w_{i}}$)

So gesehen wäre mir lieb, wenn Du Deinen Teil in den Artikel einbaust, dass Du diese Abgrenzung deutlich machst.--MarkusN 10:17, 25. Jan. 2008 (CET)

Schiessen auf Bernoulli

Das ist exakt was ich mit dem Glaubenskrieg meinte. Wie sagt man heute so schön: Es ist nicht zielführend.

Woher kommt denn dieses sich immer von Bernoulli abgrenzen? Man hat uns früher gesagt (den Mist bekommt man ürigens noch heute in der Segelflugtheorie serviert): Ein Profil erzeugt Auftrieb, weil der Weg oben länger ist. Also muss die Luft schneller strömen, und also ist wegen dem Herrn Daniel Bernoulli oben weniger Druck und wir haben einen Sog und der trägt das Flugzeug.

Wo steht das?

Yeah, right, und Clark Y ist für alle Fälle das beste Hochauftriebs-Profil. Noch besser wäre eins mit Wellen oben (hat offenbar A. Einstein auch mal vorgeschlagen.)

Selbstverständlich ist das Blödsinn.

Aber: die ganzen Begrenzungen, die Du jetzt wieder aufzählst, warum Bernoulli (oder korrekter: Potentialtheorie) nicht genutzt werden soll ist grösstenteils irrelevant. Die Potentialtheorie eignet sich zur Beschreibung des (zweidimensionalen) Strömungsfelds ausserhalb der Grenzschicht sehr gut, wenn man die Kutta-Joukowsi Bedingung an der Endleiste dazu nimmt. Sie ist insbesondere gut dafür geeignet, zu erklären, wo am umströmten Körper überdruck herrscht und wo Unterdruck. Und Druck als Erklärung von Kräften ist mindestens so anschaulich wie die Beschleunigung eines Fluidteilches 10 m vom Flügel.

Wo ist ein Fehler?

Und man soll die Theorie bitte nicht daran aufhängen, dass Ursache und Wirkung bei ihrer Anwendung immer mal wieder durcheinender gewürfelt werden.

Eben!

Damit will ich nicht der weitere Verwendung des Lauflängenmodells das Wort reden. Das soll bleiben wo es ist, auf einem verstaubten Dachboden im didaktischen Gruselkabinett.

Das "Lauflängenmodell" hat nichts mit Bernoulli zu tun sondern ausschließlich mit Schwachsinn!

Und selbstverständlich haben wir bei jedem realen Problem Flügelabwind und am Tischventilator Staudruck und all das.

Aber ich kriege jetzt ein massives didaktisches Problem: Oben habe ich versucht, die Profildaten vom einzelnen Flügel zu separieren. Am Schluss blieben die "nackten" Profildaten übrig. Ohne induzierten Widerstand, und ohne Downwash. Und jetzt erkläre ich, dass man für den eigenen Flügel die ganzen Komponenten wieder zusammensetzen muss, eben in der für den vorliegenden Entwurf gültigen Grösse. Nur steht unter meinen Ausführungen jetzt eine Erklärung des Auftriebs, die sich vom Induzierten Widerstand nicht lösen kann.

Oh well; schaun mer ma wie ich aus dem Schlamassel wieder rauskomme.--MarkusN 11:58, 25. Jan. 2008 (CET)

Das kriegen wir schon hin. Ansonsten bitte ich um Geduld. Der Abschnitt Druck ist keineswegs beendet. Ich schreib jetzt noch mal ein bisschen und dann wirst Du schon sehen, dass Bernoulli ganz toll beim Fliegen ist - besonders beim Modellflug.

Gruß, --WolfgangKouker-2222 12:54, 25. Jan. 2008 (CET)

PS: Ich überleg, aus dem Kram 'ne eigene ganz Seite zu machen. Das wird evtl zu lang.

OK, war mal wieder vorschnell. Gefällt mir schon besser :) Ich halte mal vorläufig den Mund und schaue, was herauskommt.--MarkusN 13:30, 25. Jan. 2008 (CET)

Kraft gleich Gegenkraft -> neue Seite?

Ich beabsichtige, aus dem ganzen Teil eine neue Seite zu machen. Grund:

• Es ist nicht "Kraft am Flügel" sondern eher "Kraft vom Flügel" als Pärchen sozusagen ;-)
• Das wird viiieeel zu lang für einen Beitrag.

Meinungen??? Gruß, muss jetzt wech. --WolfgangKouker-2222 08:43, 28. Jan. 2008 (CET)

Kann man so oder so lösen. Ist ja schnell zum jeweils anderen Konzept gewechselt. Als "Autorenarbeit" ist es einfacher, in getrennten Artikeln einen durchgängigen Stil zu wahren. Das ist aber nicht unbedignt Wiki-Prinzip und soll nicht die Triebfeder sein. Der Artikel wird aber wirklich lang und abschreckend; wir kennen die durchschnittliche Aufmerksamkeitsspanne des Internetnutzers.

Wenn getrennt auf jeden Fall verlinken (klar) und richtige Wahl des Lemmas ist wichtig, damit es auch gefunden wird.--MarkusN 10:09, 28. Jan. 2008 (CET)

Ich werd zur nächsten Schreibstunde die Teilung vornehmen. Das ist/wird zu lang und ist sachlich leicht begründbar. Im einleitenden Satz beider Seiten bau ich dan je einen Querverweis ein. Gruß, --WolfgangKouker-2222 16:41, 29. Jan. 2008 (CET)

PS: Hast Du mein e-mail mit dem gewünschten Artikel???

Den von Scott Eberhardt, über den Aerodynamikkurs für Laien? Ja. Ich bin auch fürs vereinfachen so weit wie nötig. Aber nicht weiter. ;-)

Ich bin übrigens (fast) konvertiert; Ich denke ich habe das Problem beim Übergang von zweidimensionaler auf dreidimensionale Strömung begriffen. Der Charakter des Problems ändert sich fundamental. Das zweidimensionale Problem ist statisch (jedenfalls in Spannweitenrichtung; in Stromrichtung ist es auch schon dynamisch, das wird aber mit der leicht einsehbaren Kutta-Bedingung erklärt.) Zweidimensional ist kein Impulsfluss nötig, weil der Flügel durch statische Drücke getragen wird. Newton Nr. 3. reicht, Nr. 2 muss nicht bemüht werden; Der Druck wird eingeschlossen durch den unendlich breiten Flügel oder die Seitenwände des Windkanals.

Dreidimensional muss ich jetzt aber die Drücke anders einschliessen. Dieses Problem ist dynamisch, und braucht Aktion <> Reaktion in Form von Massenbeschleunigung. Die Folge ist das gleiche wie abstrakter mit der Fortsetzung der Zirkulation downstream beschrieben. Der Downwash vom induzierten Widerstand ist in der Tat gleichzusetzen mit dem für den Impulsfluss nötigen Downwash. Irgendwie naheliegend, aber ich konnte mich vom Paradoxon "Zweidimensional ist kein Downwash da, aber Auftrieb, Dreidimensional ist er das was dem Auftrieb gleichzusetzen ist. Whisky Tango Foxtrot??" nicht lösen.--MarkusN 12:40, 30. Jan. 2008 (CET)

• Nein, ich meine den Artikel, den ich hier als Literarturhinweis hinkopiert habe.. Den habe ich Dir als PDF Anhang per e-mail geschickt.

Nö, den habe ich nicht. Der Artikel, den ich habe, hat zwar einen ähnlichen Namen, aber das ist Werbung für Eberhardts Kurs an irgend einem Institut.

• Die Kutta Bedingung ist physikalisch durch nichts fundiert.

Ehlich, mir wird's zu blöd. Die Physik mag unendliche Geschwindigkeiten und Beschleunigungen nicht. Genau das wäre an der Endleiste nötig, wenn die Kutta-Bedingung nicht eingehalten wird. Um die zu Vermeiden, kommt es zu Strömungsablösung mit Ausbildung eines entsprechenden Unterdruckraums und nachfolgendem Zurückwandern des Staupunkts, bis die Kutta Bedingung erfüllt ist. Auch das ist Newtonsche Mechanik. Natürlich passt das Modell nicht hundertprozentig, vor allem bei hohen Anstellwinkeln. Aber jedenfalls sehr gut.

• Der statische Druck (3 Komponenten des Spannungstensors) wirkt immer senkrecht (lotrecht) zur Oberfläche. Eine seitliche Wand kann daher keine vertikalen Drücke "aufnehmen". Drücke werden nicht eingeschlossen.

Dito. Das ist simple Hydrostatik. Wenn oben der Druck erhöht wird, will das Medium in alle Richtungen weg. Kann es nicht, wenn da eine Wand ist. Wenn der Druck nicht eingeschlossen wird, dann halt das Volumen. Jedenfalls ist statischer Druck in einem Fluidelement in alle Richtungen gleich gross. Oder wo habe ich jetzt wieder nicht aufgepasst?

In Strömungsrichtung resultieren aus den Druckunterschieden Beschleunigungen. Man kann das als "Trägheitseinschluss" mit virtuellen Kräften nach d'Alembert betrachten. Das Strömungsfeld bildet sich so aus, dass die Endleistenumströmung vermieden wird.

--WolfgangKouker-2222 13:36, 30. Jan. 2008 (CET)

Ich würde es sehr schätzen, wenn Du Dich auch einmal bemühen würdest, meinen Gedankengängen zu folgen. Over and out.--MarkusN 14:04, 30. Jan. 2008 (CET)

• Das mache ich deswegen nicht, weil ich auf der neuen Seite am Beispiel zeige, dass der Druck das Fliegerle nicht alleine tragen kann. Außer dem Druck gibt's halt nix mehr - außer eben der Impulsbilanz. Der Impuls hat die angenehme Eigenschaft, eine Erhaltungsgröße zu sein.

Den kaufe ich nicht. An der Haut des Fliegers trägt der Druck den Flieger, und sonst gar nichts.

Stimmt! Dort ist Null Strömungsgeschw und wg der Grenzschicht kein Bernoulli. Stimmt trotzdem! Unmittelbar oberhalb der Grenzschicht stimmt es schon rechnerisch mit Kutta/Pot.-strömung und dem Gedöns nicht mehr: Durch die Form der Endleiste hat die abströmende Luft eine Vertikalgeschwindigkeit nach unten. Der dazu gehörige Vertikalimpuls ist vom Flügel produziert und übt hierauf Auftriebskräfte auf. Mich interessiert darüberhinaus aber ein beliebiges(!) Volumen Luft um den Flügel herum, dann ist nichts mehr mit Druck. Schau Dir mal meine Seite an, der Druckteil steht aus meiner Sicht.

Unmittelbar über der Grenzschicht gibt es zwar kleine Abweichungen. Im zweidimensionalen Experiment ist der Vertikalimpuls dabei gegenüber der Potentialtheorie reduziert, nicht erhöht.

A/E machen eine doofe Rechnung auf, um das Lauflängenmodell zu diskreditieren. Nothing wrong with that.

Das Lauflängenmodell ist nicht nur bei A/E ausgemustert. Es gibt einfach keinen Grund, weshalb einmal benachbarte Teilchen nach Umströmung des Flügels wieder benachbart sind.

Aber die Druckverteilung um den Flügel kann den ganzen Auftrieb erklären. Oder womit willst Du Deine Luftmasse nach unten beschleunigen,wenn nicht mit Druck, den der Flügel auf die Luft ausübt?

Ursache für den Auftrieb ist die Viskosität! Das sieht man an der einzig physikalischen Gleichung, die die Bewegung der Luft über Kräfte beschreibt: Navier-Stokes. Unter hier sonst beachteten Standards erhälst Du nach Anwendung des rot-Operators ein Randwerteproblem, dass über die Viskosität und Flügelform das Geschw.-feld bestimmt. Der Druck ist hiernach ein Abfallprodukt.

Viskosität ist zwar nötig (wie Du sagst: Randbedingung), um eine Auftriebserzeugenden Strömung mit Wandhaftung zu bekommen. Die Potentialtheorie muss zum gleichen Zweck künstliche Bedingungen wie Kutta einführen. Das ist ein Kunstgriff, ja. Aber wie in dreiteufelsnamen sollen die tangentialen Kräfte auf die Haut den Auftrieb erzeugen? Navier-Stokes berücksichtigt zwar die Viskosität. Die am Schluss für den Auftrieb resultierenden Kräfte sind aber in den Newton-Termen zu finden, die auch schon die Euler-Gleichung enthielt. (Auch Impussatz.) Und die Potentialtheorie liefert die gleichen Resultate, wenn auch ohne explizite verwendung des Impulssatzes in tangentialer Richtung.

Das man mit erheblich weniger Aufwand für praktische Anwendungen im Flugzeugbau ein gleiches Ergebnis erzielt (über Kutta und Reibungsfreiheit) errlaubt hieraus keine physikalischen Rückschlüsse bei sonst rechnerisch richtigem Ergebnis.

Das sind alles alternative Modelle für das gleiche Phänomen. Druckverteilung geht. Impulssatz geht (Als Erklärungsmodell; ich möchte das ehrlich gesagt nicht rechnen müssen.) Zirkulation geht. Impulssatz geht aber zur Erklärung von Auftrieb in der zweidimensonalen Strömung nicht. Auftrieb ist (genauso wie Raketenschub) primär kein Energieproblem. Das sieht man schon an dem sonderbaren Verhalten, dass die notwendige Leistung mit der Geschwindigkeit abnimmt. Auftrieb ist im zweidimensionalen Fall auch kein Impulserhaltungsproblem. (Ausser entlang der Stromlinien). --MarkusN 18:05, 30. Jan. 2008 (CET)

Mit oben geschriebenem geht daher echt Alles, nur ist es eben keine Physik. --WolfgangKouker-2222 09:29, 31. Jan. 2008 (CET)

Ist ein Flügelmodell zwischen den Wänden eines Windkanals auch keine Physik? Da ist kein Impulssatz (jedenfalls nicht fürs System als ganzes, das einzelne Element erfährt selbstverständlich Beschleunigungen) Ich warte nur noch darauf dass Du van der Waals und ähnliche Gesetze in Dein Modell einbaust. Ursprünglich hatten sich die Newtonianer doch auf die Flagge geschrieben, die Phänomene einfacher zu beschreiben. Und jetzt akzeptierst Du nichts mehr zur Beschreibung als all and out Navier Stokes. Für mich passt das nicht zusammen. Für mich ist das immer wieder offenbarende in der Physik, dass man auf verschiedenen Wegen zum gleichen Resultat kommen kann, dass man daran immer wieder Zusammenhäge finden kann.

Ich habe jedenfalls in dieser Diskussion etwas gelernt. Es war bereichernd. Aber mein Ziel war, das Phänomen möglichst verständlich von verschiedenen Seiten zu betrachten, und nicht um jeden Preis recht zu haben. Ich habe einen Blickwinkel mehr in meinem Erfahrungsschatz und eine fundamentale Erkenntnis zum Unterschied 2D 3D.--MarkusN 11:57, 31. Jan. 2008 (CET)

Unphysikalische Kutta Bedingung

Die Kutta Bedingung sagt, dass die Strömung a-priori glatt an der Endleiste abströmen soll bei nicht viskoser Flüssigkeit. Physikalisch sinnig ist jedoch: Die Strömung strömt glatt ab, weil die Flüssigkeit viskos ist - also ausgelöst durch die dann vorhandene Grenzschicht. Dies ist auch im Experiment (drastische Erhöhung der Re-Zahl) vielfach bestätigt und hoffnungslos belastbar --WolfgangKouker-2222 16:35, 30. Jan. 2008 (CET)

Jetzt lass doch die Haarspalterei. Die Kutta-Bedingung ist nötig, um der gerechneten Potentialströmung, die zunächst einmal hemmungslos unphysikalische unendliche Geschwindigkeiten an der Endleiste zulässt, der Wirklichkeit möglichst gut entsprechende Verhältnisse aufzuzwingen. Tatsache ist, dass sich eine Zirkulation und entsprechende Druckverteilung einstellt, die ziemlich genau der Kutta Bedingung entspricht. Jedenfalls für die Fälle, die wir hier betrachten. Es geht um Luft, nicht um Getriebeöl oder Honig. Schliesslich wollen wir erklären, wie Auftrieb zustandekommt. Ich rede von der Beschreibung des Phänomens, nicht von den Ursachen. Wenn wir ein neues Universum designen, das Modellbauern bessere Bedingungen zur Verfügung stellt, können wir wieder darüber Diskutieren.

Und wenn wir Kritische Strömung am Tragflügel beschreiben. Dann wird es interessant. :D --MarkusN 17:57, 30. Jan. 2008 (CET)

Wir sind viel einiger als wir wahrhaben wollen ;-)

Zunächst: Natürlich ist Dein Windkanalmodell Physik und es gibt physikalisch sinnvolle Modelle zum Beschreiben auch des Unterschieds. Das ist aber nicht Thema.

Ich hab meine Seite soweit fertig. Guck ma 'rein, soll gemacht sein für Leute mit Schulphysik. Da steht insbes

• nichts drin 2- oder 3-Dimensionen, die Skizzen sind als Schnitte gedacht

• alles ist für endliche Dimensionen gedacht

• Verbesserungfähig ist es allemal

--WolfgangKouker-2222 13:22, 31. Jan. 2008 (CET)

"Nichts drin über 2 oder 3 Dimensionen". Das ist das Problem, das ich damit habe. Der Unterschied ist, wenn man Auftrieb mit dem Impulssatz /downwash erklären will fundamental. Und der Aerodynamisch interessierte wird hier zwangsweise das zweidimensionale Modell und seine Eigenschaften finden und dann über die Diskrepanz stolpern.

Werde jetzt Dein modell erstmal verdauen, und dann allenfalls etwas ergänzendes schreiben. So im Sinne: Wie bringt man 2-Dimensionale Strömung und den realen Flügel in Einklang.

Was mir in der ganzen Diskussion wie Schuppen von den Haaren gefallen ist (achtung, wird salopp; ich bin Maschinenbauer, nicht Physiker): Im Prinzip haben wir am Flügel 2 "Dichtprobleme". (Eigentlich noch ein drittes, aber das habe ich noch in keiner Art und Weise durchschaut.) Das erste betrifft die 2-Dimensionale Strömung. Eigentlich will ja kein Über- oder Unterdruck bleiben wo er ist, sondern sich ausgleichen. In der Potentialtheorie ist die Druckausgeglichene Strömung die Auftriebslose, mit dem hinteren Staupunkt irgendwo oben auf dem Flügel. Dagegen hat die Natur die Endfahne gesetzt. Eigentlich ist diese eine offene Labyrinthdichtung. Weil der Widerstand, diese Fahne zu umströmen, grösser ist, als der, eine Zirkulationsströmung auszubilden, bekommen wir die Profilumströmung wie wir sie kennen. (Das zweite Dichtproblem ist die Nasenleiste, da habe ich noch keine Erklärung. Oder reicht als Erklärung, dass, bis die Strömung merkt, was abgeht, es zu spät ist, den Druckaufbau zu verhindern? Kann ja irgendwie nicht sein; ist ja Unterschall.)

Das dritte Dichtproblem ist in Spannweitenrichtung. Die zweidimensionale Theorie und Messung ignoriert das geflissentlich. Die Wände oder die identische benachbarte Strömung verunmöglichen Druckausgleich in Spannweitenrichtung. In diese Richtung ist der Druck also eingeschlossen, das Problem ein Aerostatisches. In Strömungsrichtung haben wir Beschleunigungseffekte; die kann entlang der Stromlinien Bernoulli noch erklären. Ich nenne das "Trägheitseinschluss" des Drucks (d'Alembertsches Prinzip). Ist vom Prinzip Actio = Reactio vom Schwanz her aufgezäumt, aber dem Maschinenbauer einfacher verständlich. Das resultierene Strömungsfeld (Von Grenzschichteffekten abgesehen) kommt immer noch ohne netto-Vertikalimpuls aus.

Erst wenn wir in die dritte Dimension gehen wird das Problem vollends dynamisch. Auch der Randbogen wird zur "Labyrinthdichtung". Auch in Spannweitenrichtung brauchen wir "Trägheitseinschluss" des Druckfelds. Dazu passt, dass das Zirkulationsmodell, das wir am 2D Problem entwickelt haben, nach hinten gefalteten Wirbel verlangt. Und die erklären einen Flügelabwind. Und der passt zusammen mit der Reaktionsmasse, die wir nach Newton 2 brauchen. Das sind die Dinge wo es bei mir "BINGO" macht. Zwei Puzzlesteinchen die nahtlos zusammenpassen.

Natürlich kannst Du sagen dass ich hier unphysikalisch mit Modellen rechne. Aber so einfach der Newton im Ansatz ist, so komplex und undurchschaubar wird er im allgemeinen Fall. (Wir erfahren z.B Zentrifugalkraft, auch wenn Newton ganz klar sagt, dass es die nicht gibt.) Und wenn dann solche "Krücken" pasende Resultate Liefern dann ist das "AHA!" umso befriedigender.--MarkusN 14:43, 31. Jan. 2008 (CET)