Bei einem echten Flug, wenn die Geschwindigkeit eines Flugzeugs zunimmt, sehen wir auch einen Temperaturanstieg. Bei hohen Machzahlen werden die Oberflächen des Flugzeugs also sehr heiß.
Jetzt bin ich auf dieses Problem gestoßen, dass es in einem Windkanal und für ein Testmodell in umgekehrter Reihenfolge funktioniert. Damit die Strömungsgeschwindigkeit im Tunnel erhöht wird, sinkt die Temperatur der Testmodelloberflächen und bei hohen Machzahlen müssen wir Heizungen einsetzen, um ein Einfrieren zu verhindern.
Meine Frage: Ist das grundsätzlich richtig? Wenn ja, was ist der Grund für diesen Unterschied?
Ich glaube, der Grund dafür ist, dass die komprimierte Luft im Hochdruckspeicher vor dem Hochgeschwindigkeitswindkanal gekühlt wird.
Wenn die Luftbewegung gestoppt wird (wie dies an den Vorderkanten des Flugzeugs der Fall ist), steigt ihr Druck (nach dem Bernoulli-Prinzip) und da die Kompression adiabat ist ((noch) kein Wärmeaustausch stattfindet), steigt auch ihre Temperatur. Die Endtemperatur wird Gesamtlufttemperatur (oder Stagnationstemperatur) genannt.
Für fliegende Flugzeuge ist die Gesamtlufttemperatur ihre ursprüngliche Temperatur plus die Erhöhung aufgrund der Kompression durch die Vorderkanten des Flugzeugs. Deshalb erwärmen sich die Vorderkanten im Überschallflug. Die anderen Seiten nicht, die Luft steht nicht um sie herum.
Für Windkanäle stand die Luft jedoch bereits im Hochdruckspeicher davor – Hochgeschwindigkeitswindkanäle verdichten die Luft normalerweise vor, da Kompressoren keine Überschallgeschwindigkeiten erzeugen können. In diesem Reservoir kühlt es ab, und wenn es dann durch den Windkanal beschleunigt wird, dehnt es sich adiabatisch aus und senkt seine Temperatur weit unter die Umgebungstemperatur. An den Vorderkanten kehrt die Temperatur im Reservoir zurück, aber um den Rest des Modells herum ist die Luft nicht stagnierend, sodass sie die niedrigere Temperatur der Strömung hat.
Robert DiGiovanni
Robert DiGiovanni