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Flugzeugbau 1 > (5) Auftrieb > Flashcards

(5) Auftrieb Flashcards

1
Q

Definition Auftriebskraft

A
  • Auftriebskraft wirkt entgegen dem Gewicht des Flugzeugs
  • Auftrieb kann grundsätzlich von jeder umströmten Flugzeugkomponente erzeugt werden
  • Hauptauftriebskomponente ist der Flügel
  • Auftriebsvektor greift im Druckpunkt des Flügels an und steht senkrecht zur Anströmrichtung
  • Winkel zwischen Anströmung und Flügelsehne ist definiert als Anstellwinkel alpha
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2
Q

Faktoren, die den dynamischen Auftrieb beeinflussen:

A
  • das umströmte Objekt —> Größe und Form des Flügels
  • die Bewegung —> Geschwindigkeit und Anstellwinkel
  • das Medium —> Dichte, Reibung, Kompressibilität
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3
Q

Welche Arten von Kräften können Fluide auf Körper ausüben?

A
  • Scherkräfte
  • Druckkräfte
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4
Q

Was sind Scherkräfte?

A
  • Resultierend aus der Scherkraftverteilung tau
  • wirkt tangential auf den Körper
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5
Q

Was ist eine Druckkraft?

A
  • resultierend aus der Druckkraftverteilung p
  • wirkt normal zum Körper
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6
Q

Wodurch wird Auftrieb erzeugt?

A

Durch die Zirkulation des Geschwindigkeitsfeldes in der Umgebung des Tragflügels

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7
Q

Satz von Kutta-Joukowski

A
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8
Q

Kutta‘sche Abflussbedingung

A
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9
Q

Physikalische Erklärung des Auftriebs

A
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10
Q

Wovon hängt der Auftriebsanstieg ab?

A
  • Anstellwinkel
  • Profilform
  • Reynoldszahl
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11
Q

Unterschiedliches Abreißverhalten

A
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12
Q

Hinterkantenablösung/Trailing edge stall

A
  • tritt bei relativ dicken Profilen mit großem Nasenradius auf
  • Ablösung beginnt an der Hinterkante und wandert mit zunehmendem Anstellwinkel kontinuierlich stromaufwärts
  • kein plötzlicher, sondern allmählicher Auftriebsabfall nach Überschreiten von C(Amax)
  • keine abrupte Nickmomentänderung
  • auch in Kombination mit laminarer Ablöseblase —> combined Leasing edge and trailing edge Stall
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13
Q

Vorderkantenablösung/leading edge stall

A
  • bei schärfer werdender Profilnase (Krümmung an Vorderkante stark)
  • steile Druckanstiege hinter der Profilnase führen zum Ablösen der laminaren Grenzschicht bei größeren Anstellwinkeln
  • in abgelöster Strömung erfolgt Umschlag in turbulente Strömungsform —> Wideranlegen der Strömung stromab der Blase
  • Entstehung laminarer Ablöseblase, deren Ausdehnung mit wachsendem alpha abnimmt
  • schließlich löst laminare Grenzschicht unmittelbar an der Nase ab. Krümmung ist dort so groß, dass ein Wideranlegen nicht möglich ist —> Ablösung am gesamten Profil
  • plötzlicher starker Auftriebsabfall
  • abrupte Momentänderung
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14
Q

Ablösung am dünnen Profil, Vorderkantenablösung/thin airfoil stall

A
  • spezielle Ablösecharakteristik bei Profilen mit scharfer Vorderkante oder sehr kleinen Nasenradien
  • bereits für kleine Anstellwinkel erfolgt beim Umströmen der dünnen Vorderkante eine Ablösung unmittelbar an der Profilnase mit anschließendem Wideranlegen
  • der Wideranlegepunkt wandert mit zunehmendem Anstellwinkel stromabwärts
  • kontinuierliche Auftriebsabnahme nach überschreiten von C(Amax)
  • keine abrupten Momentänderungen
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15
Q

Wie muss ein Profil tendentiell aussehen, damit es einen möglichst hohen CAmax-Wert hat?

A
  • großer Nasenradius
  • mäßige Dickenrücklage
  • große Wölbung
  • Profildicke von 13 - 15%
  • hohe Reynoldszahlen
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16
Q

Definition Hochauftrieb

A

Bei Start und Landung gilt auch in etwa „Auftrieb = Gewicht“, d.h., der Begriff „Hochauftrieb“ bezieht sich vielmehr auf den „höheren Auftriebsbeiwert“ im Langsamflug

17
Q

Welche Maximalauftriebswerte kann ein „Clean-Flügel“ erreichen?

A

Ca. 1,6

18
Q

Was ist das Ziel von Hochauftriebssystemen?

A

Erhöhung des maximalen Auftriebswertes C(Amax) durch den Einsatz von Klappen/Hilfsflügeln an der Vorder- und Hinterkante des Hauptflügels —> nur so können akzeptable Start- und Landegeschwindigkeiten erreicht werden

19
Q

Möglichkeiten zur Erhöhung des Maximalauftriebsbeiwertes

A
  • Erhöhung der Profilwölbung
  • Erhöhung der effektiven Flügelfläche
  • aktive Beeiinflussung der Grenzschicht durch Absaugen bzw. Aufblasung, um Ablösung zu verhindern
20
Q

Welchen Anforderungen muss ein Hochauftriebssystem genügen?

A
  • Bereitstellung ausreichender High-Lift Performance
  • geringer Widerstand beim Start
  • geringes Systemgewicht & geringe Systemkomplexität
  • zufriedenstellende „Handling Qualities“ —> aus unterschiedlichen Anforderungen ergibt sich ein multidisziplinäres Entwurfsproblem
21
Q

Welche weiteren Aspekte müssen bei der Auslegung von Hochauftriebssystemen berücksichtigt werden?

A
  • Beeinflussung des Nickmoments
  • gutmütiges Überziehverhalten
  • Tail-Clearance bei Start und Landung
  • Integrationsmöglichleit weiterer Systeme (z.B. De-/Anti-Icing oder Absaugsysteme in Flügelnase)
  • Belastbarkeit bei Vogelschlag
  • Wartungsaufwand
  • geringe Störanfälligkeit
  • geringe Zusatzkosten
22
Q

Wirkungsweise von Hinterklappen

A

Parallelverschiebung des Auftriebsbeiwertes zu höheren Werten i.W. durch Erhöhung der Profilwölbung

23
Q

Wirkungsweise Vorflügel

A

Verlängerung des linearen Verlaufs der Auftriebskurve und damit Erzielung höherer Maximalauftriebsbeiwerte bei größeren Anstellwinkeln

24
Q

Spreizklappe

A
  • hoher Auftriebsgewinn
  • hoher Zusatzwiderstand
  • einfaches System
  • verursacht Vibration
25
Q

Spaltklappe

A
  • hoher Auftriebsgewinn bei akzeptablen Widerstandszuwächsen
  • Grenzschichtbeeinflussung durch Spalt
  • komplexes System
26
Q

Wölbklappe

A
  • Erhöhung der Profilwölbung
  • mäßiger Auftriebsgewinn
  • einfaches System
  • als Ruder mit Ausschlag nach beiden Seiten
27
Q

Fowler-Klappe

A
  • Ausfahren bewirkt Flächenvergrößerung
  • bei anschließender Drehung zusätzliche Spaltklappenwirkung
  • großer Auftriebsgewinn
  • komplexes System
  • starke Druckpunktverschiebung nach hinten —> Trimmwiderstand
28
Q

Wirkungsweise eines Vorflügels mit Schlitz

A
29
Q

Vorflügel Slot(fixend Slat)

A
  • Spalt in Flügelnase baut Saugspitzen ab
  • relativ einfaches System als fester Spalt
30
Q

Vorflügel mit Ausfahren/Slat

A
  • Spaltwirkung
  • erhöht Wölbung und Flügelfläche
  • hoher maximaler Auftriebsgewinn
  • erhöhte Systemkomplexität
  • mehrere Stellungen möglich
31
Q

Knicknase/Droopnose

A
  • Widerstandsreduktion durch „Drehung der Saugkraft“
  • geringer Auftriebsgewinn
  • Anwendung insbesondere bei dünnen Flügeln
32
Q

Krügerklappe/Krügerflap

A
  • Ausklappen einer vorne abgerundeten Platte aus der Profilkontur —> Erhöhung des Maximalauftriebs durch Verzögerung des Ablösevorgangs durch veränderte Profilform
  • einfacheres System
  • normalerweise ohne Spalt
33
Q

Anforderungen an den Hochauftrieb

A
  • A = rho/2 *V2*S*CA
  • Reiseflug
    • H = 11.000m
    • Ma = 0,85
    • V = 251 m/s = 902 km/h
    • CA = 0,55
  • Start/Landung
    • H = 0m
    • Ma = 0,2
    • V = 68 m/s = 245 km/h
    • CA = 2
34
Q

Druckverteilung in Abhängigkeit des Anstellwinkels

A

Flugzeugbau 1 (15 decks)

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