Warum hängt das Polardiagramm eines Flugzeugs vom Gewicht ab?

Kann jemand diese Frage beantworten? Obwohl luftfahrtbezogen, handelt es sich tatsächlich um ein strömungsmechanisches Problem:

https://aviation.stackexchange.com/questions/54192/why-is-polar-curve-of-a-glider-dependent-on-flight-load

Bisher habe ich nur viele unbefriedigende Antworten bekommen. Vielleicht sind hier Experten für Strömungsmechanik.

Nach meinem Verständnis ist die Polarkurve nur eine Eigenschaft der Geometrie. Es bietet eine C l ich F T und ein C D e S C e N D . Angesichts dieser Koeffizienten kann die Geschwindigkeit eines Segelflugzeugs durch einfache Mathematik berechnet werden, da die Kraft in Richtung und senkrecht zur Luftströmung berechnet wird durch F ich = C ich ⋅ ρ ⋅ v ² .

Auch wenn dies aufgrund von Nichtlinearitäten aus welchen Gründen auch immer nicht zutrifft, stelle ich mir das zu testende Flugzeug immer in einem Windkanal mit gegebener Fluggeschwindigkeit mit einem gegebenen Anstellwinkel vor: in diesem Fall (nehme ich an) die Luftströmung und die damit verbundenen Kräfte können nicht vom realen Fall abweichen. Aber dann kann das Gewicht nicht relevant sein. Natürlich führen unterschiedliche Gewichte zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten, aber dies kann anhand des Polardiagramms vollständig erklärt werden.

Warum hängt das Polardiagramm also vom Gewicht ab?

Antworten (1)

Ich sehe ein paar Missverständnisse aus Ihrer Frage:

  1. Die Polarkurve ändert sich mit der Flächenbelastung, da eine höhere Flächenbelastung alle Polarpunkte zu einer höheren Geschwindigkeit verschiebt. Dies bringt eine höhere Reynolds-Zahl mit sich, sodass die viskosen Kräfte relativ zu den Trägheitskräften kleiner werden. In einfachen Worten: Das Flugzeug erfährt beim Fliegen mit einer höheren Flächenbelastung einen relativ geringeren Reibungswiderstand . Bei modernen Segelflugzeugen ist der Unterschied zwischen einer leichten Flächenbelastung (z. B. 35 kg/m²) und einer starken Flächenbelastung (etwa 50 kg/m²) typischerweise so hoch wie eine Erhöhung des besten L/D von 3 bis 4 %.
  2. Windkanaldaten müssen immer interpretiert werden. Jeder Tunnel wird kalibriert, um zu Tunnelfaktoren zu gelangen, die auf Testdaten angewendet werden müssen, um brauchbare Ergebnisse zu erhalten. Die Unterschiede ergeben sich aus mehreren Effekten: Kleinere Reynolds- und Mach-Zahlen , die Nähe der Tunnelwände, die die Wirbelstruktur um das Modell herum beeinflussen, die unvermeidliche Struktur, die für die Montage des Modells im Tunnel erforderlich ist, und Unterschiede in der Strömung durch das Modell, das einen Teil des Tunnelkreuzes blockiert Abschnitt sind die wichtigsten. Auch die elastische Verformung zwischen Modell und Original ist unterschiedlich, wenn die Elastizität des Modells nicht genau skaliert wurde, und dies kann nur für einen Polarpunkt erfolgen.
Da war meinerseits ein ganz großer Fehler: Lilienthal-Polar (C-Werte für gegebenen Anstellwinkel) sind konstant, und daraus habe ich fälschlicherweise gefolgert, dass Speed-Polar auch konstant ist - das ist natürlich falsch. Die Kurven für verschiedene Flächenlasten (Gewichte) skalieren mit dem Gewichtsverhältnis und unterliegen einer einfachen Kurventransformation. Es steckt also keine Magie dahinter, die ganze Frage war irgendwie "albern".
Aber jetzt erwähnen Sie, dass sich die Reynolds-Zahl aufgrund der Geschwindigkeitsänderung ändert. Dies muss jedoch ein Effekt zweiter Ordnung sein, da die Anwendung der einfachen Skalierungstransformation auf die Geschwindigkeits-Polar-Kurve für eine Gewichtsänderung in der rechten Kurve endet – ohne Berücksichtigung der Reynolds-Zahl. Es scheint, dass dies nicht praktisch betrachtet werden muss. Oder habe ich Ihre Erklärung zu (1) falsch verstanden?
@michael: Ja, es ist ein Effekt zweiter Ordnung, aber das Fliegen mit oder ohne Wasserballast macht einen merklichen Unterschied. Es ist nicht nur das L/D, das sich verbessert, sondern das Handling bei niedriger Geschwindigkeit insgesamt. Natürlich werden mit Wasser die Kreise zum Thermikfliegen größer, das geht also nicht bei jedem Wetter.
Warum hängt das Polardiagramm eines Flugzeugs vom Gewicht ab?
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