Warum bildet sich am Flügel vor allem bei Start und Landung Kondenswasser?

Ja, Geschwindigkeit und Klappen machen einen Unterschied.

Der von den Flügeln erzeugte Auftrieb ist über die Dauer eines Fluges annähernd konstant. Mit vollen Tanks ist sie zu Beginn des Fluges höher, und wenn das Flugzeug in Schräglage kommt, ist sie wieder höher, um die Zentripetalkraft für die Kursänderung zu erzeugen. Aber der Unterschied ist gering¹.

Der Auftrieb wird durch einen Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Flügels verursacht. Im Reiseflug ist dieser Unterschied gering, erstreckt sich aber über einen Großteil der Flügelsehne . Bei niedriger Geschwindigkeit hat der Sog an der Oberseite jedoch einen Spitzenwert direkt hinter der Vorderkante, sodass der maximale Sog größer ist als im Reiseflug. Genau diese veränderte Druckverteilung lässt die Feuchtigkeit kondensieren, weil sie die relative Luftfeuchte über den Kondensationspunkt ansteigen lässt. Im Reiseflug ist die Druckänderung geringer und der Taupunkt wird nicht überschritten. Da das Flugzeug in Bodennähe langsamer fliegt, hat die Luft außerdem mehr Zeit, sich zu kondensieren.

Unten finden Sie ein farbcodiertes Diagramm der Geschwindigkeitsverteilung über einem typischen Airliner-Tragflächenprofil in der Landekonfiguration. Rot symbolisiert die niedrigste Geschwindigkeit (höchster Druck), während Lila für die höchsten Geschwindigkeiten bei niedrigstem Druck steht. Solche Sogspitzen müssen im Reiseflug vermieden werden, damit das Flugzeug mit einer hohen Machzahl im Reiseflug fliegen kann.

Verkehrsflugzeugprofil mit Hochauftriebsvorrichtungen in Landekonfiguration ( Bildquelle )

¹ Der Treibstoffanteil von Flugzeugen übersteigt selten 40 %, und der zusätzliche Auftrieb in einer 30°-Böschung beträgt nur 15 %.

Mit zunehmendem Anstellwinkel wird der Druck auf die Flügeloberseite geringer. Die folgende Abbildung zeigt dies. Beachten Sie, dass der Druck oben ein Sog ist.

Quelle: avstop.com

Während der Landephase ist der Anstellwinkel des Flugzeugs im Vergleich zu anderen Regimen höher. Aus diesem Grund bilden sich während der Landephase Kondensationswolken.

Die Wolken werden jedoch während jedes Unterschallmanövers gebildet, das den Druck über der Oberseite der Flügel verringert, wie z. B. Kurven mit hohem g.

Quelle: www.telegraph.co.uk

Erinnern wir uns für eine Sekunde daran, dass auf der Oberseite der Flügel ein niedrigerer Druck herrscht als im freien Strom (Luft weit vom Flugzeug entfernt).

Wenn das Flugzeug durch feuchte Luft fliegt, diktiert der adiabatische Prozess (den alle Luftpakete, die in der Nähe des Flügels landen, "erleiden müssen") Folgendes:

und da wir uns gerade daran erinnerten$P_{wing} < P_{\infty}$, das bedeutet es$T_{wing} < T_{\infty}$.

Noch aus dem Wikipedia-Link oben:

Adiabate Kühlung tritt auf, wenn der Druck auf ein adiabatisch isoliertes System verringert wird, wodurch es sich ausdehnen kann, wodurch es an seiner Umgebung arbeitet. Wenn der auf ein Luftpaket ausgeübte Druck verringert wird, kann sich die Luft in dem Paket ausdehnen; Wenn das Volumen zunimmt, sinkt die Temperatur, wenn die innere Energie abnimmt.

Wenn die Initiale$T_{\infty}$bereits niedrig genug war oder genügend Feuchtigkeit in der Luft war, befinden sich die Luftpakete über den Flügeln unterhalb des Taupunkts und erzeugen die Kondensation, die Ihre Frage ausgelöst hat.

Aber gibt es einen "niedrigeren" niedrigeren Druck, wenn der Anstellwinkel höher ist und dieses Phänomen daher häufiger auftritt?

Ja, höhere Anstellwinkel bedeuten höheren Auftrieb, der durch einen höheren Differenzdruck zwischen Ober- und Unterseite des Flügels erzeugt wird. Denken Sie daran, dass der Aufzug ungefähr ist

und da das Gewicht des Flugzeugs nicht reduziert wird, benötigen Sie einen höheren, um den Auftrieb bei niedrigeren Geschwindigkeiten (z. B. den Geschwindigkeiten kurz vor der Landung) konstant zu halten$\alpha$.

Um die Notwendigkeit extremer Anstellwinkel zu verhindern, soll die Wirkung der Landeklappen erhöht werden$C_{l\alpha}$, was bedeutet, dass Sie bei gleichem Anstellwinkel mehr Auftrieb erhalten, wodurch sich das obige proportionale Verhältnis ändert.

Wenn Sie das nächste Mal eine Dose mit kohlensäurehaltigem Getränk öffnen, beobachten Sie genau, was zuerst aus dem Loch kommt. Eine winzige Kondensationswolke, die sich schnell auflöst. Dies ist Ihr persönlicher Demonstrator für die adiabatische Dekompression. Es ist genau die gleiche Physik wie auf den Fotos oben.

Mir scheint, dass dieses Phänomen nur während der Anflugphase eines Fluges auftritt.

Beim Fliegen in großen Höhen bei -40 ° F wird der Kraftstoff in den Flügeln kalt .

Das ist meine Antwort für die ersten beiden Bilder des Verkehrsflugzeugs oben, das eine Bild der Dampfblase oder was auch immer über den Kampfjet, ich würde zu viele Unbekannte über das Bild bezüglich Geschwindigkeit und Manöver aus der Diskussion entfernen. Kommerzielle Jet-Flugzeuge, die X Zeit lang in einer Höhe von > 30.000 Fuß fliegen, werden zu einer schönen kalten Platte, was die Wahrscheinlichkeit erhöht und es häufiger macht, sie während der Anflug- / Landephase eines kommerziellen Fluges zu sehen.