AERODYNAMIK Kurzfragen - Prof. Dr.-Ing. Peter R. Hakenesch

Prof. Dr.-Ing. M. Kloster Prüfung SS 2005Dr.-Ing. P. Hakenesch AERODYNAMIK Teil I KurzfragenFHM FB03 FA L/FL30 Minuten ohne UnterlagenName (Druckschrift): .................................................................................................................................Unterschrift: .............................................................................................. ...... Semester: ........................_________________________________________________________________________________Kurzfragen (30 Zeitpunkte)1. Erläutern Sie den Begriff 'Zirkulation2. Welche Aussage können Sie über das Verhältnis der Geschwindigkeiten an derOber- und Unterseite eines Profils treffen, wenn die Zirkulation gleich Null ist? Nennen Sieein Beispiel.3. Geben Sie die Auftriebsgleichung von Joukowski, sowie die Definition des Auftriebsals Funktion des dimensionslosen Auftriebsbeiwerts an.4. Welche Forderung muß ein Tragflügel erfüllen, damit er auch bei reibungsfreierStrömung einen Widerstand erzeugt? Um welche Art von Widerstand handelt es sichhierbei?5. Skizzieren Sie das einfachste Wirbelersatzsystem eines Tragflügels endlicherStreckungSeite 1 von 6

Prof. Dr.-Ing. M. Kloster Prüfung SS 2005Dr.-Ing. P. Hakenesch AERODYNAMIK Teil I KurzfragenFHM FB03 FA L/FL30 Minuten ohne UnterlagenName (Druckschrift): .................................................................................................................................Unterschrift: .............................................................................................. ...... Semester: ........................_________________________________________________________________________________6. Geben Sie für einen sog. elliptischen Tragflügel endlicher Streckung den induziertenWiderstand in Beiwertschreibweise an.7. Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf von C A über α für einen Flügel großer Streckungund einen Deltaflügel kleiner Streckung (beide Verläufe in das gleiche Diagramm)8. Was verstehen Sie unter dem sog. 'nicht-linearen' Auftrieb eines gepfeilten Flügels?Wodurch wird er erzeugt und in welchem Anstellwinkelbereich gewinnt er an Bedeutung?9. Wann erzeugt ein Tragflügel endlicher Spannweite keinen induzierten Widertstand,obwohl sich das Flugzeug bewegt?Seite 2 von 6

Prof. Dr.-Ing. M. Kloster Prüfung SS 2005Dr.-Ing. P. Hakenesch AERODYNAMIK Teil I KurzfragenFHM FB03 FA L/FL30 Minuten ohne UnterlagenName (Druckschrift): .................................................................................................................................Unterschrift: .............................................................................................. ...... Semester: ........................_________________________________________________________________________________10. Durch welche Maßnahmen läßt sich die Reynoldszahl erhöhen? Nennen Sieausgeführte Beispiele in der Windkanaltechnik11. Was verstehen Sie unter der sog. 'kritischen' Machzahl? Welche Effekte sind damitverknüpft?12. Welche Faktoren können die kritische Machzahl in welcher Weise beeinflussen?13. Geben Sie die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit in einemKanalquerschnitt an, der- im Unterschall divergiert- im Unterschall konvergiert- im Überschall divergiert- im Überschall konvergiertSeite 3 von 6

Prof. Dr.-Ing. M. Kloster Prüfung SS 2005Dr.-Ing. P. Hakenesch AERODYNAMIK Teil II AufgabenFHM FB03 FA L/FL60 Minuten mit UnterlagenName (Druckschrift): .................................................................................................................................Unterschrift: .............................................................................................. ...... Semester: ........................_________________________________________________________________________________Aufgabe 1 (30 Zeitpunkte)Eine F104 (Masse m = 7000 kg, S ref = 18.218 m², Doppelparabelprofil mit d/l = 3.36%, x d =0.4, l μ = 2.911 m) wurde zu Forschungszwecken auf einen Raketenmotor umgerüstet undbefindet sich in einer Höhe von H = 15 km in einem Horizontalflug. Zu diesem Zeitpunktherrschen ISA-Bedingungen. Für den verwendeten Treibstoff liegen folgende Stoffdaten vor:κ = 1.2 und R = 277.54 J/kgK.Der Brennkammerdruck des Rakenmotors beträgt p 0 = 3⋅10 6 Pa und die BrennkammertemperaturT 0 = 1804 K. Das Verbrennungsgas kann als ideales Gas angenähert werden.1.1Geben Sie die atmosphärischen Daten (statische Temperatur T ∞ , statischer Druck p ∞ ,Dichte ρ ∞ und die kin. Viskosität ν ∞ ) an und berechnen Sie die Ausströmmachzahl M 2 imAustrittsquerschnitt der Düse A 2 (isentrope Strömung, angepaßte Düse)1.2Berechnen Sie den Druck p* und die Dichte ρ* an der engsten Stelle im Düsenhals (*)1.3Berechnen Sie die Auströmgeschwindigkeit v 2 und die statische Temperatur T 2 imAustrittsquerschnitt A 2 der Schubdüse.1.4Im Horizontalflug beträgt der Massestrom durch das Triebwerk m& = 18.413 kg/s. BerechnenSie den erforderlichen Schub F für diesen Punkt der Envelope.1.5Welche Fluggeschwindigkeit ergibt sich, wenn der C W -Wert des GesamtflugzeugsC W = 0.0516 beträgt?1.6Welcher Flugmachzahl M ∞ entspricht diese Geschwindigkeit in dieser Höhe ( H = 15 km)?1.7Welcher Flugmachzahl M ∞ entspricht diese Geschwindigkeit in H = 15 km , wenn dieTemperatur an diesem Tag 19° unter der Standardtemperatur liegt?1.8Die Rumpfspitze des Forschungsflugzeugs wurde in Wolfram (T schmelz = 3653 K) ausgeführt.Welche Aussage können Sie hinsichtlich der Wärmefestigkeit des Materials bei diesemFlugzustand treffen? Begründen Sie Ihre Antwort .Seite 4 von 6

Prof. Dr.-Ing. M. Kloster Prüfung SS 2005Dr.-Ing. P. Hakenesch AERODYNAMIK Teil II AufgabenFHM FB03 FA L/FL60 Minuten mit UnterlagenName (Druckschrift): .................................................................................................................................Unterschrift: .............................................................................................. ...... Semester: ........................_________________________________________________________________________________Seite 5 von 6

Prof. Dr.-Ing. M. Kloster Prüfung SS 2005Dr.-Ing. P. Hakenesch AERODYNAMIK Teil II AufgabenFHM FB03 FA L/FL60 Minuten mit UnterlagenName (Druckschrift): .................................................................................................................................Unterschrift: .............................................................................................. ...... Semester: ........................_________________________________________________________________________________Aufgabe 2 (30 Zeitpunkte)Sie führen in einem Windkanal mit einer offenen Meßstrecke eine Druckverteilungsmessungenan einem symmetrischen Flügelprofil durch. Die Profilbezugstiefe beträgt l μ =1 m. Der Kanal arbeitet mit einer M = 0.2 Düse. An dem Tag des Versuchs herrscht einLuftdruck von p ∞ = 962.89 hPa und die Lufttemperatur beträgt T ∞ = 31.85 °Cder Kanal wird mit Luft betrieben, die Sie als ideales Gas (R = 287 J/kgK, κ = 1.4) annähernkönnen.2.1Berechnen Sie für die Meßstrecke Dichte ρ ∞ , Geschwindigkeit v ∞ , Schallgeschwindigkeit a ∞und Staudruck q ∞2.2Das Profil wurde an Ober- und Unterseite mit jeweils 10 statischen Druckmeßstelleninstrumentiert und bei α = 2° und α = 9° vermessen. Die Ergebnisse der Druckmessung für α= 2° sind in beiliegendem Datenblatt aufgeführt.Berechnen Sie für die einzelnen Druckmeßstellen die Druckdifferenz Δp = p u - p o , diezugehörigen Druckbeiwerte Δc p und die Normalkraft (pro Meter) für diesen Profilschnitt, diesich aus dieser Druckverteilung ergibt.Meßstelle 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10x/l y [-] 0.0338 0.1858 0.3211 0.4739 0.6292 0.7719 0.8531 0.9188 0.9449 0.9986p u [Pa] 96629 95732 95749 95879 96043 96218 96350 96508 96603 97304p o [Pa] 94148 94690 95067 95422 95737 96020 96209 96418 96535 973042.3Berechnen Sie den auf den Profilschnitt bezogenen lokalen Normalkraftbeiwert c N2.4Aus einer Kraft- und Momentenmessung bei α = 2° wissen Sie, daß der auf die Profilnasebezogene lokale Momentenbeiwert c m1 = -0.062 beträgt.Bestimmen Sie die Lage des Druckpunktes x D /l μ für diesen Anstellwinkel.2.5Die Messung des gleichen Profils bei α = 9° ergibt einen lokalen Normalkraftbeiwert von c N =0.96 und ein Moment von c m1 = -0.253.Berechnen Sie den Auftriebsanstieg für dieses ProfilViel Erfolg!Seite 6 von 6