Wir
möchten jetzt ein neues Gedankenmodell eines Flügels vorstellen. Man
ist daran gewöhnt, an einen Flügel als dünne Klinge zu denken, die durch
die Luft schneidet und mit ein wenig Magie Auftrieb erzeugt. Aus diesem
Grund möchten wir eine Visualisierunghilfe übernehmen, die den Flügel
als eine virtuelle Schaufel sieht, die eine bestimmte Menge von Luft
einfängt und im Winkel des Downwash umleitet. Das soll nicht heißen,
dass es eine reale, physische Schaufel mit klar definierten Grenzen mit
gleichförmiger Strömung ist. Aber diese Visualisierunghilfe erlaubt ein
klares Verständnis davon, wie die Menge der umgelenkten Luft beeinflusst
wird von Geschwindigkeit und Dichte. Das Konzept der virtuellen
Schaufel hat eine echte physikalische Grundlage, allerdings jenseits der
Zielrichtung dieser Arbeit. Die virtuelle Schaufel leitet eine bestimmte Menge von Luft aus der Horizontalen etwa in Richtung des Anstellwinkels ab, wie dargestellt in Abbildung 13. Für Flügel typischer Flugzeuge ist es eine gute Annäherung zu sagen, dass der Bereich der virtuellen Schaufel proportional zur Fläche des Flügels ist. Die Form der virtuellen Schaufel ist für alle Flügel etwa elliptisch, wie in der Abbildung gezeigt. Der Auftrieb des Flügels ist proportional zur Menge der umgeleiteten Luft und daher ebenfalls proportional zur Flügelfläche.
Wie bereits erwähnt, der Auftrieb eines Flügels ist proportional zur Menge der nach unten umgeleiteten Luft multipliziert mit der vertikalen Geschwindigkeit der Luft. Sobald ein Flugzeug die Geschwindigkeit erhöht, lenkt die virtuelle Schaufel mehr Luft um. Da die Flügelbelastung sich nicht erhöht, muss die vertikale Geschwindigkeit der umgeleiteten Luft proportional reduziert werden. Daher wird der Anstellwinkel verringert, um einen konstanten Auftrieb beizubehalten. Wenn das Flugzeug steigt, wird die Luft dünner, so dass die virtuellen Schaufel bei gegebener Geschwindigkeit weniger Luft umleitet. Zum Ausgleich muss der Anstellwinkel erhöht werden. Die Konzepte in diesem Abschnitt dienen dazu, Auftrieb in einer Weise zu verstehen, wie das mit der populären Erklärung nicht möglich ist. WEITER (Auftriebsbedarf) |
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