Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen

KAPITEL K - Strömungskräfte auf KörperAuftrieb∫F A = F A (τ) + F A (p) =∫τ sin α dA −p cos α dA(K.2)AAWiderstand∫F W = F W (τ) + F W (p) =A∫τ cos α dA +Ap sin α dA(K.3)Reibungswiderstand F WRKörperwiderstandDruck- oder Formwiderstand F WDDie beim Widerstand vorgenommene Aufteilung in einen Druck- und einen Reibungsanteil ist beimAuftrieb bzw. bei der Querkraft nicht üblich.Bei gedrungenen und scharfkantigen Körpern ist derFormwiderstand sehr viel größer als der Reibungswiderstand,während das Verhältnis bei schlanken,sog. stromlinienförmigen Körpern geradezu umgekehrtist. Verständlich wird diese Erscheinung durch diean gedrungenen Körpern auftretenden und durch dieGrenzschichttheorie erklärbaren Ablösungen, die starkeDruckunterschiede zwischen Vorder- und Rückseitedes Körpers verursachen. Im Unterschied dazugehorcht die Druckverteilung an stromlinienförmigenKörpern den Gesetzen der Potentialtheorie.Solange keine Ablösungen auftreten, ist der Druckwiderstand sehr klein und die Widerstandskraftergibt sich aus den zähigkeitsbedingten Schubspannungen an der Oberfläche des Körpers (reiner Reibungswiderstand).Im Fahrzeug- und Flugzeugbau wird• der Reibungswiderstand dadurch minimiert, daß man nach Möglichkeit für eine laminare Grenzschichtsorgt,• der Druckwiderstand dadurch verringert, daß man die Ablösestelle möglichst weit nach hintenverschiebt.Obwohl die Vorgänge, die zur Existenz des Strömungswiderstandes führen, durch die Grenzschichttheoriephysikalisch geklärt sind, ist die theoretische Bestimmung des Widerstandes eines Körpersvon beliebiger Form nicht möglich. Für praktische Rechnungenist es deshalb üblich, den Widerstand mit dimensionslosenProportionalitätsfaktoren, den Widerstandsbeiwertenc, wie nebenstehend zu definieren. Dabei bezeichnetq den Staudruck.q = ρ 2 v ∞ 2F WR = c WR q A RF Wp = c Wp q A p[ kgm s 2 = N m 2 ](K.4)(K.5)- 126 -