was passiert am Flügelprofil
Das ist ein weites Feld und eine nicht leicht zu beantwortende Frage. Welcher
Zustand soll beschrieben werden? Wenn ein Flügel beginnt sich zu bewegen?
Wenn er im Schnellflug ist? Wenn er langsam fliegt? Vielleicht im Kreisflug
oder bei der Landung, mit und ohne Klappen....? Die Parameter sind bei diesen
Flugzuständen vor allem Geschwindigkeit und Anstellwinkel. Soll dabei die
Oberflächenreibung mit berücksichtigt werden (Grenzschicht – Ablöseblase usw.)?
Hier sollen Aerodynamiker sprechen. Diese Details sind spannend und für die
Leistung eines Segelflugzeugs sehr wichtig. Für einen groben Überblick, der
zwar nicht ins Detail geht aber physikalisch richtig ist, sollte folgende
Erklärung genügen:Die Unterseite des Flügelprofils erfaßt in der Bewegung Luftteilchen und drückt sie nach unten weg, dabei werden diese mehr oder weniger gleichmäßig nach unten beschleunigt (actio/reactio) eine Gegenkraft entsteht. Durch die Masseträgheit bildet sich zusätzlich ein geringer Überdruck aus. Auf der Profiloberseite öffnet sich in der Bewegung des Flügels Raum durch die abfallende Profilkontur. Dieser kann durch die Masseträgheit nicht sofort vollständig mit Luft aufgefüllt werden, ein Bereich geringeren Drucks entsteht. Im Ergebnis wird Luftmasse sowohl von der Unterseite als auch von der Profiloberseite nach unten abgelenkt, diese Masseverschiebung wirkt entgegengesetzt auf den Flügel zurück (actio reactio). In der Bewegung werden diese Druck und Unterdruckbereiche permanent neu gebildet und existieren im Bereich des Flügelprofils. Es wird eine Schleppe von abwärts gerichteter Luft hinter dem Flügel zurück gelassen die sich langsam auflöst, an den Flügelenden vermischen sich diese abwärtsgerichtete Luftmasse mit der in Ruhe befindlichen Umgebungsluft in Form von Wirbeln.
Druck (und Unterdruck) sind in freier Natur nicht eingesperrt, d.h. Druckausgleich geschieht in allen Richtungen. Die Geschwindigkeit des Flugzeugs unter Berücksichtigung der Masseträgheit (Zähigkeit der Luft) bewirkt, daß sich Druck- und Unterdruckbereiche über den unmittelbaren Entstehungsort hinaus ausbreiten. Die Überlagerung dieser Faktoren führt zu einer Druck- Unterdruckverteilung die man sich stationär schlecht vorstellen kann weil sie in der Bewegung permanent gebildet und ausgeglichen wird.
Ober- und Unterseite des Profils wirken somit gemeinsam am Auftrieb zusammen wenn keine Störung (z. B. durch zu hohe Unterdrücke der Oberseite) auftreten. Da Gase Druck ausüben aber keine Zugkräfte entwickeln, ist der gesamte Auftrieb die Resultierende der aufwärts gerichteten Drücke, wobei Unterdruck auf der Flügeloberseite es dem Druck der Unterseite erleichtert die Kraft zu übertragen. Das Wort „angesaugt“ suggeriert, als wenn dieser an einem Körper ziehen könnte, tatsächlich aber tut sich die Seite mit dem höheren Druck nur leichter wenn auf der anderen Seite geringerer Druck herrscht.
Profile sind dann optimiert wenn der Abwind sowohl von Unter-als auch Oberseite nach dem Flügel harmonieren, d. h. nahezu gleiche Geschwindigkeit haben. Und das in einem weiten Geschwindigkeits- und Anstellwinkelbereich. Hier tut sich ein weites Feld für Profilentwickler auf weil Geschwindigkeit und Anstellwinkel im praktischen Flug sehr variieren. Weitere Überlegungen zu Widerstand, Überziehverhalten usw. kommen dazu. Für eingegrenzte Bedingungen kann ein theoretisches Optimum gefunden werden, welche aber beim praktischen Fliegen nicht immer gegeben ist. Neben der reinen technischen Auslegungen sind es auch Wetter/Thermikmodelle die die Konstruktion von Segelflugzeugen beeinflussen, so kann der Verwendungszweck eines Segelflugzeugs von einem einfach zu fliegenden Leichtwindsegler bis hin zu einer Wettbewerbsmaschine gehen. Segelflugzeugbau ist ein wirklich spannendes Feld der Technik.
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