Auswirkung der Form auf den Auftrieb

Computerzeichnung eines symmetrischen Tragflügels und eines Tragflügels mit Wölbung. Höhere Drehung = größerer Auftrieb.

Der von einem Objekt erzeugte Auftrieb hängt davon ab, wie stark die Strömung gedreht wird, was von der Form des Objekts abhängt.Im Allgemeinen ist der Auftrieb eine sehr komplexe Funktion der Form. Aerodynamiker modellieren den Formeffekt durch einen Auftriebskoeffizienten, der normalerweise durch Windkanalversuche ermittelt wird. Das einfachste Modell, die zweidimensionale Kutta-Joukowskifolie, wird von Studenten untersucht. Das Computerprogramm FoilSim liefert die Ergebnisse dieser Analyse in einer Form, die von Studenten leicht verwendet werden kann. Ein Ergebnis der Analyse zeigt, dass der von einem Profil erzeugte Auftrieb umso größer ist, je stärker die Strömungsumlenkung ist.

Dieses Dia zeigt die Strömungsfelder für zwei verschiedene Profile.Das Profil auf der linken Seite ist ein symmetrisches Profil; die Formen über und unter der weißen Mittellinie sind identisch. Das Profil auf der rechten Seite ist in der Nähe der Hinterkante gekrümmt. Die gelben Linien in beiden Abbildungen zeigen die Stromlinien der Strömung von links nach rechts; die linke Abbildung zeigt keine Nettodrehung der Strömung und erzeugt keinen Auftrieb; die rechte Abbildung zeigt eine große Drehung und erzeugt einen großen Auftrieb. Die vorderen Abschnitte der beiden Profile sind nahezu identisch. Der hintere Teil des rechten Profils erzeugt die stärkere Drehung.

Das oben gezeigte Beispiel erklärt, warum der hintere Teil der Tragflächen mit Scharnieren versehen ist, um ein Flugzeug zu steuern und zu manövrieren. Wenn man den hinteren Teil nach unten ablenkt, entsteht eine ähnliche Geometrie wie in der Abbildung rechts, die mehr Auftrieb erzeugt. Wird der hintere Teil nach oben abgelenkt, entsteht weniger Auftrieb (oder sogar negativer Auftrieb). Die Möglichkeit, den Auftrieb über einen Teil des Flügels zu variieren, gibt dem Piloten die Möglichkeit, ein Flugzeug zu manövrieren. Die folgenden Folien zeigen die Auslenkung der Steuerflächen und die daraus resultierende Bewegung des Flugzeugs:

Das Höhenruder steuert die Nickbewegung.
Das Seitenruder steuert die Gierbewegung.
Die Querruder steuern die Rollbewegung.

Untersuchen wir die Abhängigkeit des Auftriebs von der Form des Tragflügels mit Hilfe eines Javasimulators.

Aufgrund von IT-Sicherheitsbedenken haben viele Benutzer derzeit Probleme, die NASA Glenn Lehr-Applets auszuführen. Die Applets werden langsam aktualisiert, aber es ist ein langwieriger Prozess. Wenn Sie mit Java Runtime Environments (JRE) vertraut sind, können Sie versuchen, das Applet herunterzuladen und es in einer integrierten Entwicklungsumgebung (IDE) wie Netbeans oder Eclipse auszuführen. Im Folgenden finden Sie Anleitungen für die Ausführung von Java-Applets in einer der beiden IDEs:
Netbeans
Eclipse

Sie können die Form der Folie variieren, indem Sie den Schieberegler unter dem Ansichtsfenster verwenden oder indem Sie den Abstand über dem Eingabefeld verringern, den neuen Wert eingeben und die Eingabetaste auf der Tastatur drücken. Rechts sehen Sie ein Diagramm der Auftriebswölbung. Die Wölbung ist ein Maß für die Krümmung des Profils. Der rote Punkt zeigt Ihre Bedingungen an. Unterhalb des Diagramms wird der numerische Wert des Auftriebs angezeigt. Sie können entweder den Auftriebswert (in englischen oder metrischen Einheiten) oder den Auftriebskoeffizienten anzeigen lassen, indem Sie die Auswahlknöpfe um das Ausgabefeld herum verwenden. Klicken Sie auf die Auswahlschaltfläche und wählen Sie aus dem Dropdown-Menü aus.

Stellen Sie versuchsweise den Sturz auf 0,0 Prozent Sehne ein und notieren Sie den Betrag des Auftriebs. Erhöhen Sie nun den Sturz auf 5 %.Hat der Auftrieb zu- oder abgenommen?Setzen Sie den Sturz auf -5 %. Wie hoch ist der Auftrieb?In welche Richtung würde sich dieses Profil bewegen?

Sie können Ihre eigene Kopie des Programms herunterladen, um es offline auszuführen, indem Sie auf diese Schaltfläche klicken:

Sie können die Auswirkungen der Profilform und anderer Faktoren, die den Auftrieb beeinflussen, mit dem FoilSim III Java Applet weiter untersuchen.Sie können auch Ihre eigene Kopie von FoilSim herunterladen, um damit kostenlos zu spielen.

Aktivitäten:

Führungen