Modell AVIATOR BRISTOL BOXKITE (Vorschau)

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Geordnet und auch wieder nicht
Erst wenn es nun unter den Teilchen eine Tendenz für eine
bestimmte Richtung gibt, sprechen wir von einer Strömung.
Dabei fliegen die Teilchen immer noch wild in alle Richtungen
durcheinander, jedoch gibt es eine ganz kleine Verschiebung
des Gleichgewichts in eine bestimmte Richtung: Der
Strömungsrichtung, wie in Abbildung 2 dargestellt. Dabei
ist es noch immer so, dass die individuelle Geschwindigkeit
eines jeden Teilchens teilweise noch immer sehr viel größer
ist, als die messbare Strömungsgeschwindigkeit.
keine Strömung
Teilchenzahl
0
Abbildung 2: Geschwindigkeitsverteilung der
Luftteilchen im nicht-strömenden (grün) und im
strömenden (rot) Zustand
Jedes Fluid hat grundsätzlich zwei zentrale Eigenschaften.
Es besitzt Masse und damit auch ein massenträges Verhalten,
was wahrscheinlich auf das durch den LHC am
Cern gefundene Higgs-Feld zurückzuführen ist, und es ist
zäh. Für tatsächlich zähe Flüssigkeiten ist das noch leicht
einsehbar, doch dass auch Luft eine Zähigkeit haben soll,
scheint verwunderlich. Offensichtlich ist ihre Zähigkeit
jedoch wesentlich geringer, als beispielsweise die von
Ho nig. Dennoch spielt die Zähigkeit eine Rolle, wenn es
um die Untersuchung von Kraftwirkungen in Fluiden geht.
Es ist leicht einsehbar, dass eine große Fläche, wie zum
Beispiel ein Fächer, in der Hauptsache die Trägheit der Luft
spürt, wenn sie bewegt wird. Hingegen spielen die anhaftenden
und sich gegeneinander verschiebenden, zähen
Luftschichten nur eine untergeordnete Rolle. Für sehr kleine
Insekten, wie das Federgeistchen aus Abbildung 3, eine
Falterart mit federartigen Flügeln, ist die Masse der durch
die Flügel bewegten Luft so gering, dass gerade wegen der
großen Oberfläche der federartigen Flügelstrukturen die
Zähigkeit der Luft viel deutlicher zu Tage tritt und dem Tier
das Fliegen ermöglicht.
mit Strömung
ent scheidend für die Ähnlichkeit einer Strömung ist,
wenn die betrachteten Strömungskörper unterschiedlich
groß, aber geometrisch ähnlich sind. Das bedeutet
schlicht, je größer ein Körper ist, umso mehr spürt er die
Trägheitseigenschaften des Mediums und die vis kosen
Eigenschaften treten anteilig zurück. Man darf also nicht
so ohne weiteres vom kleinen Modell auf eine große
Geometrie schließen. An dieser Stelle wird schon sichtbar,
warum diese Erkenntnis für den Modellflug so überaus
wichtig ist und sehr viele, teilweise erstaunliche
Konsequenzen nach sich zieht.
Reynolds setzte also Viskosität und Trägheit ins Verhältnis
und errechnete einen Vergleichsfaktor, die Reynolds-
Zahl (kurz Re-Zahl), der besagt, dass zwei unterschiedlich
große Strömungsfelder dann vergleichbar sind, wenn
sie in eben der Re-Zahl übereinstimmen. In die Berechnung
der Re-Zahl gehen dabei die Größen Dichte (ρ),
Strömungs geschwindigkeit (v), eine typische Strömungslänge
(L) und die Viskosität (η) ein:
Ein wenig unscharf erscheint dabei die Strömungslänge,
die, je nach Geometrie, mehr oder weniger willkürlich
angenommen wird, jedoch innerhalb eines Vergleichs
natürlich beibehalten wird. So nimmt man bei Rohrleitungsströmungen
den Durchmesser des Rohrs für diese
Vergleichsgröße, bei Flügelprofilen hingegen die Profiltiefe
an. Dabei spielt auch der errechnete Zahlenwert der
Re-Zahl eine eher untergeordnete Rolle. Viel wichtiger ist
hingegen der Vergleich des Zahlenwerts bei unterschiedlichen,
aber geometrisch ähnlichen Strömungskörpern.
Die Re-Zahl im Modellflug
Man beobachtet nun, dass eine Strömung relativ zur
Größe des Strömungskörpers umso widerstandsärmer
wird, je größer der Körper ist, je schneller die Strömung
fließt oder kurz: Je größer die Re-Zahl ist. Das ist für den
Modellflug doppelt ärgerlich, denn üblicherweise sind die
geometrischen Längen im Modellbau natürlich teilweise
Die Re-Zahl als Vergleichsparameter
Tatsächlich ist dem irisch-britischen Physiker Osborne
Reynolds (1842 bis 1912) aufgefallen, dass das Verhältnis
von Trägheit und Viskosität (Zähigkeit) des Mediums
Abbildung 3: Flügel eines
Federgeistchens – eine
unscheinbare Falter-Art
www.modell-aviator.de
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