Erhöht oder verringert der durch den induzierten Widerstand erzeugte Abwind den Auftrieb?

Es ist nicht "das verursacht das" - alles passiert zusammen. Lassen Sie mich erklären:

Um die Aerodynamik zu verstehen, hat es mir geholfen, all das Gerede über Wirbel und Induktion zu ignorieren und mich auf das Druckfeld um einen Flügel zu konzentrieren. Als die Flugtheorie entwickelt wurde, war die Elektrizität neu und aufregend, und es geschah einfach, dass die elektrische Induktion auf den Auftrieb übertragen werden konnte. Jetzt kopiert jeder Autor immer noch die Erklärungen von vor einem Jahrhundert, aber sie sind völlig unintuitiv.

Jedes Luftmolekül befindet sich in einem dynamischen Gleichgewicht zwischen Trägheit, Druck und viskosen Effekten. Trägheit bedeutet, dass die Masse des Teilchens wie bisher weiterreisen will und Kraft braucht, um vom Gegenteil überzeugt zu werden. Druck bedeutet, dass Luftpartikel ständig oszillieren und in andere Luftpartikel prallen. Je mehr aufprallen, desto mehr Kraft erfahren sie. Viskosität bedeutet, dass Luftmoleküle aufgrund dieser Schwingung dazu neigen, die Geschwindigkeit und Richtung ihrer Nachbarn anzunehmen.

Nun zum Luftstrom: Wenn sich ein Flügel mit Unterschallgeschwindigkeit nähert, saugt das Unterdruckgebiet über seiner Oberseite Luft vor ihm an. Sehen Sie es so: Oberhalb und stromabwärts eines Luftpakets haben wir weniger Aufprall von Molekülen (= weniger Druck), und jetzt wird das unverminderte Aufprallen der Luft unter und stromaufwärts dieses Pakets seine Luftmoleküle nach oben und zu diesem Flügel drücken. Das Luftpaket wird aufsteigen und zum Flügel hin beschleunigt und in diesen Niederdruckbereich gesaugt. Sobald es dort angekommen ist, wird es „sehen“, dass der Flügel darunter sich von seiner Bewegungsbahn wegbiegt, und wenn diese Bahn unverändert bleiben würde, würde sich zwischen dem Flügel und unserem Luftpaket ein Vakuum bilden. Widerstrebend ändert das Paket seinen Kurs und folgt der Kontur des Flügels, jedoch nicht ohne sich auszubreiten (= Druckverlust). Die Spreizung erfolgt in Fließrichtung – das Paket wird in Längsrichtung verzerrt und gestreckt, zieht sich jedoch orthogonal zur Fließrichtung zusammen. Diese schnell strömende Niederdruckluft saugt wiederum vor und unter ihr neue Luft an, bremst weiter ab und gewinnt über der hinteren Hälfte des Flügels wieder ihren alten Druck und strömt mit ihrer neuen Strömungsrichtung ab.

Ein Luftpaket, das unter dem Flügel endet, erfährt weniger Auftrieb und Beschleunigung, und im konvexen Teil stark gekrümmter Tragflächen erfährt es eine Kompression. Es muss auch seinen Strömungsweg ändern, da der gewölbte und / oder geneigte Flügel die Luft darunter nach unten drückt, wodurch mehr Druck und mehr Aufprall von oben für unser Paket unter dem Flügel erzeugt wird. Wenn beide Pakete an der Hinterkante ankommen, haben sie eine gewisse Abwärtsgeschwindigkeit aufgenommen.

Hinter dem Flügel werden beide Pakete aufgrund der Trägheit noch eine Weile ihren Weg nach unten fortsetzen und andere Luft unter ihnen nach unten und seitwärts drücken. Über ihnen wird diese Luft, die zuvor seitwärts gedrückt wurde, nun den Raum über unseren beiden Paketen füllen. Makroskopisch sieht das aus wie zwei große Wirbel. Aber die Luft in diesen Wirbeln kann nicht mehr auf den Flügel einwirken, so dass sie weder den Luftwiderstand noch den Auftrieb beeinflusst. Weitere Informationen zu diesem Effekt , einschließlich hübscher Bilder, finden Sie hier.

Was ist Auftrieb?

In Anlehnung an das oben skizzierte Bild eines Druckfeldes ist der Auftrieb die Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Flügels. Die Moleküle prallen an der Unterseite stärker gegen die Flügelhaut als an der Oberseite, und der Unterschied ist der Auftrieb.

Oder Sie betrachten das makroskopische Bild: Eine bestimmte Luftmasse wurde durch den Flügel nach unten beschleunigt, und dazu musste eine Kraft auf diese Luft wirken. Diese Kraft hält das Flugzeug in der Luft: Auftrieb.

So oder so kommen Sie zum gleichen Ergebnis. Übrigens: Der größte Teil der Richtungsänderung findet im vorderen Teil des Profils statt, nicht an der Hinterkante!

Induzierter Widerstand

Das Missverständnis über diese "Flügelspitzenwirbel" und den induzierten Luftwiderstand ist schwer auszurotten. Die meisten Autoren kopieren, was zuvor geschrieben wurde, ohne das Problem klar zu verstehen. Deshalb wiederhole ich es hier noch einmal: Der induzierte Widerstand ist der rückwärts gerichtete Teil des Druckkraftvektors. Die Wirbel sind nur eine Folge des Abwinds, der wiederum eine Folge der Auftriebserzeugung ist. Bei gleicher Geschwindigkeit ist zwar mehr induzierter Widerstand mit mehr Auftrieb verbunden, aber die Kausalität ist eine andere: Auftrieb und induzierter Widerstand sind beide Teil der auf den Flügel wirkenden Drücke. Addiert man alle auf einen Flügel wirkenden Druckkräfte, so zeigt der resultierende Vektor leicht nach hinten. Die Komponente in Strömungsrichtung ist der Luftwiderstand, und die Komponente orthogonal zur Bewegungsrichtung ist der Auftrieb. Dies ist nur eine Definition, die der Einfachheit halber gemacht wurde.

Ich glaube, die Antwort von Peter Kampf ist, den Druckwiderstand mit dem induzierten Widerstand zu verwechseln.

Der Druckwiderstand ist, wie er sagte, ein Ergebnis der auf den Flügel wirkenden Druckkraft, die sowohl eine horizontale Komponente (Widerstand) als auch eine vertikale Komponente (Auftrieb) hat. Der induzierte Widerstand ist hauptsächlich auf die Wirkung zurückzuführen, die die Flügelspitzenwirbel auf den Luftstrom haben.

Die Wirbel bewirken, dass die Luft vor sich, also die Luft über den Flügeln, ihre Geschwindigkeit nach unten erhöht. Dies hat den Effekt eines negativen Auftriebs oder Abtriebs. Das bedeutet, dass der Pilot bei gleichem Auftrieb den Anstellwinkel vergrößern muss.

Dies bedeutet jedoch auch, dass der Luftwiderstand zugenommen hat, da der Pilot den Anstellwinkel vergrößert hat. Diese Erhöhung des Widerstands wird als induzierter Widerstand bezeichnet. Die Formel für den Koeffizienten des induzierten Widerstands lautet$Cl^2/(\pi \cdot AR \cdot e)$wo$Cl$ist der Auftriebskoeffizient,$AR$ist das Seitenverhältnis und$e$ist die Oswald-Effizienz, die die Form des Flügels mit dem erzeugten induzierten Widerstand in Beziehung setzt.

Von hier aus können Sie sehen, dass eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Flugzeugs den induzierten Widerstand verringert, da für den gleichen Auftrieb ein schneller fliegendes Flugzeug einen geringeren benötigt$Cl$. Zunehmend$AR$verringert den induzierten Widerstand, da längere Flügel bedeuten, dass die Flügelspitzenwirbel weiter entfernt sind, sodass weniger Flügel stark von den Wirbeln beeinflusst werden. Und$e$hängt nur von deiner Flügelform ab. Der optimale Wert von$e$ist 1 für einen elliptisch belasteten Flügel.

Es gibt tatsächlich zwei Quellen für induzierten Luftwiderstand (siehe Wikipedia -Artikel . Eine Quelle wird durch Peters Beitrag gut beschrieben.

Die andere Quelle ist jedoch der Wirbelwiderstand von den Flügelspitzenwirbeln (Turbulenzen), die vom Seitenverhältnis des Flügels sowie von Flügelspitzenbehandlungen wie Winglets abhängen. Am Ende verringern die Flügelspitzenwirbel das Gleitverhältnis (L/D) des Flugzeugs. Wenn sie also ein wenig Auftrieb erzeugen, hilft es nicht, weil der Luftwiderstand um einen größeren Faktor zugenommen hat, was das L/D senkt.