2 Strömung am Tragflügel - airCademy

2 | Strömung am Tragflügel Advanced PPL-Guide2.1 Betrachtung am ProfilquerschnittDer Querschnitt eines Tragflächenprofils besitzt meist eine runde Vorderkante und läuft nach hinten spitz zu. Durchdieses spitze Zulaufen kann der Luftwiderstand klein gehalten werden, da die Luft am Ende des Flügels ihre Strömungsrichtungkaum noch ändern muss. Hinsichtlich des Widerstands wäre eine spitze Vorderkante ähnlich ideal,allerdings nur in einem eng eingegrenzten Bereich des Anströmwinkels. Verschiedene Flugzustände erfordern aberunterschiedliche Anströmwinkel, daher ist die Vorderkante rund, um den Luftstrom auch bei verschiedenen Anströmwinkelngeschmeidig teilen zu können.Die so erhaltene Stromlinienform des Körpers kann von der Luft ideal umströmt werden, während der Widerstandklein bleibt. Bei einer Anströmung der Tropfenform genau von vorne wird aber aus Symmetriegründen noch keinAuftrieb erzeugt.Um Auftrieb zu erzeugen, bedarf es einer Druckdifferenz zwischen Profilober- und Unterseite. Diese lässt sich aufzweierlei Weise erzeugen:1. Die Stromlinienform wird etwas „gekippt“2. Es wird eine nicht-symmetrische, tropfenähnliche Form verwendet2.1.1 Auftrieb durch KippenDas Kippen zur Auftriebserzeugung funktioniert nichtnur bei einer Stromlinienform. Auch ein einfaches Brettkann „fliegen“, wenn die Strömung schräg von untenkommt. So schaffen es beispielsweise Windböen, Häuserabzudecken oder Pappen auf der Straße umherfliegenzu lassen.Auch beim Autofahren kann mit diesem Effekt experimentiertwerden, indem die flache Hand (Daumenabgespreizt) so aus dem Fenster gehalten wird, dassder Daumen in Fahrtrichtung zeigt, wodurch die Fahrtwindströmungdirekt auf die Handkante trifft. Für denWind sieht „über“ der Hand genauso aus wie „unter“der Hand, es wird kein Auftrieb erzeugt.Abb. 2-1: Wird die Handfläche im Fahrtwind so „angestellt“,dass sie von schräg unten angeströmt wird, ist der Druck überder Hand geringer als unter ihr: Die Hand erzeugt Auftriebund wird spürbar nach oben gedrückt.Kippt man aber die Hand etwas, so dass der Daumenbeispielsweise 30° nach oben zeigt, spürt man sofort,wie die Hand nach oben gezogen wird. Das „Anstellen“des umströmten Körpers gegenüber der Strömungsrichtungsorgt dabei für unterschiedliche Strömungenüber und unter der Hand: Es wird Auftrieb erzeugt.Ab einem bestimmten Winkel ist die Auftriebswirkungschließlich maximal. Wird die Hand zu steil angestellt(fast 90°), wird sie nicht mehr nach oben, sondern nachhinten gedrückt und statt Auftrieb wird nur noch Widerstandproduziert.2.1.2 Auftrieb durch ProfilformBeim Verwenden einer nicht-symmetrischen Profilformmüssen die Luftteilchen oberhalb und unterhalb derTragfläche unterschiedliche Wege zurücklegen. Wenndie Oberseite des Profils gekrümmt, die Unterseite abergerade ist, müssen die Luftteilchen folglich auf derOberseite des Profils einen längeren Weg zurücklegenals auf der Unterseite.Der Kontinuitätssatz verlangt aber, dass in einem beliebigenZeitintervall am Tragflächenende genauso vieleLuftteilchen abströmen, wie auf der Flügelvorderseiteanströmen. Wenn der Weg über der Fläche länger istals unter der Fläche, müssen sich die Luftteilchen überder Fläche entsprechend beeilen, die Strömung wirddort beschleunigt. Zunehmende Strömungsgeschwindigkeitbedeutet nach Bernoulli wiederum abnehmenderDruck. Unterhalb der Fläche strömt die Luft hingegennahezu gerade, der Druck ändert sich nicht. Durchden Unterdruck über der Fläche entsteht eine Druckdifferenz,welche die Fläche von unten nach oben drückt:Auftrieb.Alternativ kann die erhöhte Strömungsgeschwindigkeitüber dem Profil auch dadurch erklärt werden, dass derStrömungsquerschnitt durch das Profil verengt wird.Wo die Luft sonst ungestört strömen könnte, befindetsich nun das Profil. Einige Luftteilchen werden zumAusweichen und Umströmen des Profils gezwungenund müssen sich den verbleibenden Platz mit anderen2-2 © airCademy PPLAER-AC-251S