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Flugzeugbau 1 > (7) Flügelparameter > Flashcards

(7) Flügelparameter Flashcards

1
Q

Anforderungen an ein Flügelprofil

A
  • kleiner Widerstand über einen weiten Auftriebsbereich
  • große Profildicke (geringes Strukturgewicht, Integration von Systemen, Kraftstoffvolumen)
  • hoher Maximalauftrieb
  • geringes Nickmoment
  • Stoßfreiheit bei hohen Machzahlen (hohes M(krit))
  • gutmütiges Überziehverhalten
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2
Q

Eigenschaften symmetrischer Profile

A
  • Sehne ist gleich der Skelettlinie —>keine Wölbung —> Bei alpha = 0° kein Auftrieb
  • einfacher Aufbau und damit leicht zu realisieren
  • gleichbleibende Eigenschaften bei negativem Anströmwinkel —>Kunstflug
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3
Q

Einflussgrößen (Profilparameter) auf ein symmetrisches Profil

A
  • Profildicke
  • Dickenrücklage
  • Nasenradius
  • Transitionslage
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4
Q

Was bewirkt eine Vergrößerung der Profildicke?

A
  • Vergrößerung des minimalen Widerstandsbeiwertes
  • Vergrößerung des Maximalauftriebs
  • Verringerung des Strukturgewichtes
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5
Q

Was bewirkt eine Vergrößerung der Dickenrücklage?

A
  • Vergrößerung der laminaren Anlaufstrecke
  • Verkleinerung des minimalen Druckbeiwertes
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6
Q

Was beeinflusst eine Variation des Nasenradius?

A
  • den Unterdruck an der Profilvorderkante
  • das Ablöse- und Überziehverhalten
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7
Q

Was beeinflusst der Umschlagepunkt von laminarer zur turbulenter Strömung (Transitionslage)?

A

Reibungswiderstand

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8
Q

Wo werden symmetrische Profile verwendet?

A
  • Steuerflächen
  • Seitenleitwerk
  • teilweise Höhenleitwerk
  • Tragflächen für Überschallanwendungen
  • Tragflächen bei Militär- und Kunstflugzeugen
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9
Q

Druckverteilung symmetrischer Profile

A
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10
Q

Eigenschaften gewölbter Profile

A
  • Sehne und Skelettlinie fallen nicht zusammen
  • bei einem Anstellwinkel alpha = 0° wird auch Auftrieb erzeugt
  • Nullauftriebsrichtung bei negativem Anstellwinkel
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11
Q

Was ist die Skelettlinie?

A

Verbindung der Kreismittelpunkte

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12
Q

Was ist die Sehne?

A

Verbindung der Punkte (x/L)=0 und (x/L)=1

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13
Q

Einflussgrößen (Profilparameter) auf ein gewölbtes Profil

A
  • Wölbung
  • Wölbungsrückenlage
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14
Q

Was bewirkt eine Vergrößerung der Wölbung?

A
  • asymmetrisches Profilverhalten
  • steigender Auftriebsbeiwert, welcher ab einem bestimmten Wölbungswert wieder sinkt
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15
Q

Was bewirkt eine Vergrößerung der Wölbungsrücklage?

A
  • Eine Verschiebung des Druckminimums zur Hinterkante —> Reduktion des Nullmoments
  • bei zusätzlicher Vergrößerung von alpha eine abrupte Ablösung der Strömung
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16
Q

Wo werden gewölbte Profile verwendet?

A
  • Alle heutigen Verkehrsflugzeuge und GA- Flugzeuge
  • Meist über Spannweite verschiedene Profile
  • Oft Aufdickung der Profile im Bereich der Flügelwurzel
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17
Q

NACA - Profile

A
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18
Q

Verwendung von NACA - Profilen

A
  • Bei älteren Flugzeugtypen aufgrund der Standardisierung
  • In der GA und Homebuilts auch heute noch verbreitet
  • Vorteil: Es sind umfassende Profilkataloge mit Messwerten verfügbar
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19
Q

Wodurch wird der Umschlag von laminarer zu turbulenter Profilströmung hervorgerufen?

A
  • Hohe, positive Druckgradienten
  • Hohe Reynoldszahlen
  • Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, z.B. Nieten, Spalte, Verschmutzungen
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20
Q

Methoden zur Laminarerhaltung

A
  • aktive Methode: Laminar Flow Control (LFC)
    • Absaugen oder Aufblasen der Grenzschicht
    • technisch komplex
    • höheres Gewicht
  • passive Methode: Laminarprofile erlauben eine natürliche Laminarhaltung der Strömung (NFL - Natural Laminar Flow)
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21
Q

Prinzip der Laminarprofile

A
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22
Q

Vergleich: Laminarprofile - konventionelles Profil

A
  • flacheres Druckminimum beim Laminarprofil
  • früher positiver Druckgradient beim konventionellen Profil
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23
Q

Gegenüberstellung Profile

A
24
Q

Transsonische Profile

A

Ziel ist die Erhöhung von M(DD) und damit die Erhöhung der wirtschaftlich fliegbaren Reisegeschwindigkeit

  • Anpassung der Druckverteilung
  • Übergeschwindigkeiten müssen minimiert werden
  • flachere Saugspitzen —> höhere Belastung der Hinterkante, um den gleichen Auftrieb zu erzielen
25
Q

Weswegen verwenden moderne Flugzeuge meist abgewandelte Formen der originalen transsonischen Profile?

A

Hohe Empfindlichkeit gegenüber Anstellwinkel- und Machzahländerung der originalen Profile

26
Q

Nenne geometrische Besonderheiten transsonischer Profile

A
  • flache Oberseite zur Erzeugung eines Druckplateaus
  • konkave Krümmung (S-Schlag) im hinteren Teil der Profilunterseite
  • größerer Nasenradius für bessere Hochauftriebswerte
  • im Bereich der Unterkante nimmt die Bauhöhe stark ab
27
Q

Welches Problem tritt durch die geringe Bauhöhe im hinteren Bereich transsonischer Profile auf?

A

Unterbringung von Klappensystemen ist schwierig

28
Q

Wozu dient der „S-Schlag“ bei transsonischen Profilen?

A

Er erzeugt einen stärkeren Druckanstieg und somit einen höheren Auftrieb im hinteren Teil (rear-loading)

29
Q

Vergleich: Transsonisches - konventionelles Profil

A
  • mit einem transsonischen Profil kann die kritische Machzahl M(krit) bzw. „Drag Divergence Mach Number“ M(DD) zu höheren Werten verschoben werden
  • weil im Reiseflug oft M(cruise)>M(krit), werden Profile auch als „superkritisch“ bezeichnet
30
Q

Vorteile transsonischer Profile:

A
  • bei gleicher Profil-/Flügeldicke sind höhere Reiseflugmachzahlen ohne signifikante Widerstandserhöhung möglich —> M(krit) Erhöhung um bis zu 5%
  • bei gleicher Reiseflugmachzahl sind größere Profil-/Flügeldicken möglich
  • höhere Treibstoffkapazität
  • leichtere Struktur
  • größere Profilnase führt bei Landebedingungen zu einem verbesserten Auftriebsverhalten
31
Q

Nachteile transsonischer Profile

A
  • hoher Auftrieb an der Hinterkante führt zu Rear-Loading-Effekten —> höherer Trimmwiderstand
  • unvorteilhafte Dickenverteilung an der Hinterkante —>schwierige Integration von Klappensystemen
32
Q

Geometrische Eigenschaften supersonischer Profile

A
  • meist sehr dünne, symmetrische Profile
  • Flügeldicken zwischen 3% und 6%
33
Q

Strömungsverlauf supersonischer Profile

A
34
Q

Vorteile supersonischer Profile

A
  • Positionen der auftretenden Stöße sind durch die Profilgeometrie festgelegt –> weniger Vibrationen, da kein „Wandern“ des Stoßes erfolgt
  • Geschwindigkeit sinkt nach einem Stoß nicht schlagartig in den Unterschallbereich —> kein abruptes Ablösen der Strömung
35
Q

Nachteile supersonischer Profile

A

dünnere Profile —> geringeres Torsions- und Biegesteifigkeit, hohes Gewicht —> kein Nutzvolumen für beispielsweise Treibstofftanks

36
Q

Hyperschallprofile

A
37
Q

Körpernahe Stöße

A
  • kleine Stoßwinkel
  • „schwache Lösung“
  • supersonische Strömung nach dem Stoß
38
Q

Widereintrittskörper

A
  • Widereintrittskörper wie beispielsweise das Space Shuttle weisen relativ dicke Profile auf
  • Es bildet sich vor dem Profil ein abgelöster Stoß (bzw. Shock) —> Die Wärmeenergie wird über eine große Fläche verteilt —> Bei Widereintrittskörpern ist ein hoher Widerstand erwünscht (Gleitzahl des Space Shuttle liegt bei ca. 1)
39
Q

Nenne einige Kriterien bei der Flügelauslegung

A
  • Flugleistungen
  • Flugeigenschaften
  • geringes Strukturgewicht
  • großes Volumen für Treibstofftanks und andere Systeme
  • niedrige Kosten und niedriges Entwicklungsrisiko
40
Q

Wichtige geometrische Flügelentwurfsparameter

A
41
Q

Vorteile einer hohen Streckung

A
  • Reduktion des induzierten Widerstandes
  • Erhöhung des Auftriebsgradienten
42
Q

Nachteile einer hohen Spannweite/Flügelstreckung

A
  • zunehmendes Strukturgewicht infolge zunehmender Biegemomente um die Flügelwurzel
  • Spanweitenlimits für Bodenoperationen auf Flughäfen
  • empfindlicher gegenüber Böen und Auskippen
43
Q

Nachteile einer großen Flügelpfeilung

A
  • Querströmungen in Spannweitenrichtung (Cross Flow) mit Grenzschichtaufdickung
  • Tendenz zum Abreißbeginn im Bereich der Flügelspitze
  • Abreißen außen erzeugt aufnickendes Moment (pitch up) mit weiterer Anstellwinkelvergrößerung
  • Laminarhaltung durch Querströmungsinstabilität erschwert —> Grenzschichtzaun als Abhilfe gg. Cross Flow Ungünstige Auftriebsverteilung, daher:
    • Erhöhung des induzierten Widerstands
    • Abreißgefahr im Außenbereich -> Auftriebsgradient und Maximalauftrieb nehmen ab
44
Q

Weswegen werden Flügel gepfeilt?

A

Pfeilung bei Flugzeugen, die im Reiseflug im hohen Unterschallbereich fliegen, um die kritische Machzahl und die „Drag divergence“ Machzahl bei starkem Widerstandsanstieg zu höheren Werten zu verschieben

45
Q

Zuspitzung

A
46
Q

Verwindung

A
  • Annäherung der Auftriebsverteilung an eine elliptische Verteilung
  • Vorteil: Die Ablösung der Strömung beginnt am Innenflügel. Die Querruder bleiben noch wirksam.
47
Q

Was ist die V-Stellung (dihedral angle)?

A

Die V-Stellung beschreibt den Winkel zwischen Flügel und der x-y-Ebene bzw. der Horizontalen.

48
Q

Auf welchen Anforderungen basiert die V-Stellung?

A
  • positive V-Stellung begünstigt die natürliche statische Rollstabilität:
    • Rollmoment infolge positivem Schiebewinkel muss negativ sein
  • Konfiguration Anforderungen, z.B. Ground Clearance des Triebwerks
49
Q

Anordnung von Steuerelementen

A
50
Q

Flap- und Slatparameter

A
51
Q

Was ist die Flügelstreckung und was sind die Vor- und Nachteile einer grossen Flügelstreckung

A
52
Q

geometrische Eigenschaften transsonischer Profile

A
53
Q

Was ist die Transitionslage?

A

Umschlagpunkt von laminarer zu turbulenter Strömung

54
Q

Wie wirken Flügeldicke und Pfeilung auf Mkrit?

A

Mkrit steigt (positiver Effekt) mit

  • Abnehmender Flügeldicke
  • Zunehmender Pfeilung
55
Q

Was ist die Traglinientheorie?

A
  • Berechnung von Auftriebsverteilungen von Tragflügeln endlicher Spannweite
  • Flügel wird durch eine tragende Linie mit variabler Zirkulationsverteilung ersetzt. Die abgehenden Wirbel erzeugen Abwind am Ort dieser tragenden Linie
  • Gilt nur für Flügel mit gerader l/4-Linie
  • Einflüsse verschiedener geometrischer Veränderungen wie Zuspitzung und Streckung auf die Auftriebsverteilung und den induzierten Widerstand können abgeschätzt werden
56
Q

Was gibt der Oswalt-Faktor e an?

A

Abweichung des induzierten Widerstands von dem bei idealer elliptischer Auftriebsverteilung

Flugzeugbau 1 (15 decks)

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