Warum trifft der minimale Widerstandspunkt nicht auf den Punkt an der besten Cl/CD-Polarrichtung?

"Minimaler Widerstand" bei 2 Grad in Bild 4.3 ist nur minimaler Cd (Koeffizient, nicht Kraft). Es ist die stromlinienförmigste Position und Sie werden hier bei einer bestimmten Geschwindigkeit den geringsten Luftwiderstand erzeugen. Sie werden jedoch nicht viel Auftrieb erzeugen, wenn überhaupt. In der Tat, wenn Sie gerade fliegen wollen (dh bei 1 g), müssen Sie so schnell fliegen, dass der Luftwiderstand immer noch teuer wird. Größer als wenn Sie in einem optimaleren Winkel von 5 Grad fliegen würden.

Wenn Cl über aoa konstant wäre, würde das beste Cl/Cd tatsächlich bei minimalem Cd auftreten. (eine feste Menge geteilt durch die kleinste Menge), leider steigen Cl und Cd beide mit zunehmendem aoa und erreichen ein bestes Cl/Cd-Verhältnis (in Ihrem Beispiel) bei 5 Grad in Bild 4.7.

Nach diesem Punkt wird Cd viel stärker ansteigen als Cl, wodurch das Verhältnis schlechter wird.

Sie müssen zwischen Koeffizienten und den Kräften unterscheiden.

Koeffizienten sind dimensionslose Zahlen, die verwendet werden, um Strömungsphänomene bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, Maßstäben oder atmosphärischen Bedingungen zu vergleichen. Die Kraftkoeffizienten sind die Kräfte, normalisiert durch eine Referenzfläche (um Größeneffekte zu entfernen), Geschwindigkeit im Quadrat dividiert durch zwei (um Geschwindigkeitseffekte zu entfernen) und Luftdichte (um atmosphärische Effekte zu entfernen). Mathematisch gesehen:

Der niedrigste Luftwiderstandsbeiwert liegt bei eher niedrigem Auftriebsbeiwert. Um genug Auftrieb zu erzeugen, um sein eigenes Gewicht zu tragen, muss das Flugzeug dort ziemlich schnell fliegen. Dieser hohe dynamische Druck an diesem Polarpunkt bedeutet, dass die Gesamtwiderstandskraft höher ist als an einem etwas darüber liegenden Polarpunkt.

Am Punkt des besten L/D erreicht das Verhältnis zwischen beiden Kräften ein Minimum, sodass an diesem Punkt tatsächlich der niedrigste Luftwiderstand für einen bestimmten Auftrieb vorliegt.

Nur wenn Sie den Auftrieb außer Acht lassen (z. B. bei einem vertikalen Sturzflug, bei dem das Ziel darin besteht, die höchste Geschwindigkeit zu erreichen), ist der Punkt des niedrigsten Widerstandsbeiwerts auch der Punkt des niedrigsten Widerstands (bei gleichem dynamischen Druck). Verallgemeinernd: Der minimale Schlepppunkt verschiebt sich zwischen dem maximalen L/D-Polarpunkt und dem Minimum$c_D$Polarpunkt mit dem Kosinus des Flugbahnwinkels. Zwischen 90° und 270° Flugbahnwinkel (Rückenflug) verschiebt er sich zwischen dem Minimum$c_D$Punkt und dem minimalen L/D-Polarpunkt (wo der Auftrieb negativ ist).

Auf dem ersten Bild zeigt sich, dass der minimale Schlepppunkt genau gleich dem maximalen L/D-Verhältnis ist

Dies ist zumindest im Zusammenhang mit einem linearen Flug mit konstanter Höhe sinnvoll, da der Auftrieb gleich dem Gewicht sein muss und daher konstant ist. Wenn wir also L / D maximieren, müssen wir auch den Luftwiderstand minimieren. (Auch wenn wir L/D maximieren, maximieren wir gleichzeitig Cl/Cd.)

Aber da die Fluggeschwindigkeit nicht festgelegt ist, wenn der Anstellwinkel variiert, folgt daraus nicht , dass wir durch die Minimierung des Luftwiderstands auch Cd minimieren – und das ist der Schlüssel zur Lösung Ihres Dilemmas.

Trotz der irreführenden Bezeichnung im dritten Diagramm ist der markierte Punkt tatsächlich nicht der Punkt des minimalen Luftwiderstands. Vielmehr ist es der Punkt, an dem der Luftwiderstandsbeiwert minimiert wird. Im Zusammenhang mit einem linearen Flug mit konstanter Höhe, bei dem L = W, aber die Fluggeschwindigkeit frei variieren kann, wenn der Anstellwinkel variiert, unterscheidet sich der Punkt des minimalen Luftwiderstandsbeiwerts vollständig vom Punkt des minimalen Luftwiderstands .