Aerodynamik

Flugzustand horizontaler Flug

Luftkraft = Auftrieb – Widerstand
Bodenkraft = Gewicht + Vortrieb
Horizontaler Flug => Luftkraft = Bodenkraft
Je schneller, desto kleiner muss der Anstellwinkel für gewünschten Auftrieb sein.
Je langsamer, desto höher muss der Anstellwinkel für bestimmten Auftrieb sein.
Der geringste Gesamtwiderstand wird bei einem bestimmten Anstellwinkel bei einer bestimmten Geschwindigkeit erreicht.
Gleicher Widerstand erfordert gleiche Leistung.
- Höhere Motorleistung und höhrer Anstellwinkel => genauso schnell wie bei niedrigerer Motorleistung und geringerem Anstellwinkel.
Je langsamer man fliegt unterhalb des Punktes, bei dem man am wenigsten Leistung braucht zum Horizontalflug, desto mehr Leistung braucht man, um langsamer zu fliegen.
Ohne Motor wird die Vortriebskraft komplett aus der Gewichtskraft genommen.

Die Luftkraft ist eine gedachte Kraft als Summe aller Einzelauftriebskräfte. (Der Auftrieb wird für einen Punkt berechnet. Ein Flügel besteht aus vielen Punkten; summiert man alle deren einzelnen Auftriebskräfte, erhält man die Luftkraft des gesamten Flügels.)
Der Druckpunkt ist der gedachte Angriffsmittelpunkt der Luftkraft, also „der wirksame Mittelpunkt“ der Kombination aller Einzelauftriebskräfte.
Der Druckpunkt ist vom Anstellwinkel abhängig.

Profilpolare zeigen den Zusammenhang an zwischen dem Auftrieb und Widerstand eines Flügels bei verschiedenen Anstellwinkeln.
Ein Profilpolar berücksichtigt den Widerstand nur anhand des Flügelprofiles.
Ein Flügelpolar berücksichtigt zusätzlich zum Profilpolar den Widerstand des gesamten Flügels.
Ein Gesamtpolar berücksichtigt zusätzlich zum Flügelpolar den Restwiderstand durch das gesamte Flugzeug.
Damit lassen sich unter anderem folgende Fragen beantworten:
- Wie hoch ist der maximale Auftriebswert?
- Bei welchem Anstellwinkel wird der geringte Widerstand erzeugt?
- Bei welchem Anstellwinkel wird der maximale Auftrieb erreicht?
- Bei welchem Anstellwinkel bricht der Auftrieb zusammen?

Der Widerstand durch die Luftteilchen in der Grenzschicht.
Ist in laminarer Grenzschicht geringer als in turbulenter Grenzschicht.
Raue Oberfläche haben einen größeren Grenzschichtwiderstand als glatte.
- Verschmutzungen auf Flügeln (z.B. durch Insekten) beeinflussen dessen Flugeigenschaften.

Durch Verwirbelungen an den Rändern eines Körpers entstehender Widerstand.
Ist abhängig von der Form und Lage eines Körpers relativ zur Luftströmrichtung (außer bei einer Kugel).
Je größer der Auftrieb, desto größer ist der induzierte Widerstand.
Je langsamer das Flugzeug, desto größer ist der induzierte Widerstand.
Die Flügelstreckung (= Verhältnis aus Spannweite und mittlere Flügeltiefe) beeinflusst den induzierten Widerstand stark.

Der durch die Kombination der Widerstände sich gegenseitig beeinflussender Widerstand verschiedener Bauteile.
Dies ist die Differenz zwischen der Summe aller Einzelwiderstände und dem (gemessenen/“echten“) Gesamtwiderstand.

Auftrieb und Widerstand ändern sich mit dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit.

Widerstand ist jede Kraft, die gegen die Flugrichtung wirkt.
Jeder Körper erzeugt in einer Luftströmung einen Widerstand. Er entsteht durch Interaktion/Störung/Beeinflussung der Luftteilchen untereinander.
C_A ist der Widerstandskoeffizient.
Doppelte Fahrt ergibt vierfachen Widerstand.
Auftrieb und Widerstand ändern sich
- linear mit der Luftdichte.
- linear mit der Flügelfläche.

Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen der Strömungsrichtung der Luftteilchen und der Profilbezugslinie/Profilsehne eines Flügels.
Eine Vergrößerung des Anstellwinkels führt zu einer Vergrößerung des Auftriebs und gleichzeitig des Widerstandes.
Ab dem Überschreiten des kritischen Anstellwinkels löst sich die Grenzschicht vom Flügel ab und der Auftrieb sinkt auf Null während der Widerstand weiter wächst.

Die Schicht, in der die Luftteilchen noch nicht die volle Strömungsgeschwindigkeit haben, heißt Grenzschicht.
Darin sind die Teilchen unterschiedlich schnell und „behindern“ und „stören“ sich gegenseitig.
Die Luftteilchen können sich laminar = parallel oder turbulent bewegen. Bewegen sie sich laminar, stören sie sich nicht. Bewegen sie sich turbulent, stören sie sich gegenseitig und kosten Energie.
Vom Staupunkt (Beginn des Flügels) aus sind Luftteilchen zunächst laminar und beginnen am Umschlagpunkt (kurz vor der Flügelkrümmung in die andere Richtung) turbulent zu werden.

Auftrieb ist jede Kraft, die senkrecht nach oben wirkt.
Die Profilform bestimmt den Auftrieb.
C_A ist der Auftriebskoeffizient.
Die Profilbezugslinie oder Profilsehne ist eine gedachte Gerade durch den Querschnitt eines Flügels.
Die Größe der Angriffskraft eines Körpers hängt ab von
- seiner Form und Größe,
- seiner Lage und Geschwindigkeit relativ zur Luftströmung sowie
- der Beschaffenheit der Luft.
Um Auftrieb an einem Körper zu erzeugen, muss von diesem Luftmasse nach unten abgelenkt werden.
Je größer die Ablenkung nach unten, desto größer der Auftrieb – und des Widerstandes.
Unter einem Flügel entsteht ein Überdruck und über einem Flügel ein doppelt so hoher Sog.
Der Einstellwinkel bezeichnet den Winkel zwischen der Flugzeuglängachse und der Profilsehne. (D.h. wie stark geneigt der Flügel in Relation zum Flugzeugrumpf ist.)
Steigung frisst Geschwindigkeit.
- Wenn man steigt, benötigt dies Energie, die nicht mehr für die Geschwindigkeit zur Verfügung steht.