Was ist der theoretische Hintergrund des kritischen Anstellwinkels?

Der kritische Anstellwinkel scheint bei allen (den meisten?) Flügeln bei etwa 15-20° zu liegen. Warum das? Warum ist es in diesem Bereich und nicht niedriger oder höher? Ist es nur das Ergebnis der Optimierung von Tragflächen? Oder ist es eine inhärente Eigenschaft der Luft, durch die sich ein Tragflügel bewegt, die es bestimmt? (Beschränken wir die Frage auf den Unterschallflug.)

PS: Ich habe die Antwort auf „ Beeinflusst die Fluggeschwindigkeit den kritischen Anstellwinkel eines Tragflügels? “ gelesen und glaube nicht, dass dies ein Duplikat ist, da es in der anderen allgemeiner um „Was sind die Faktoren, die die kritische AoA bestimmen“ ging. während ich frage, warum die kritische AoA für die meisten Tragflächen in Flugzeugen, die heutzutage fliegen, immer in diesem Bereich zu liegen scheint.

Kein Experte, aber ich stelle mir vor, dass der Designer eine Grenze zwischen Leistung und Luftwiderstand, der Fähigkeit, zu wenig abzufackeln und zu landen, der Unfähigkeit, langsam zu fliegen, möglicherweise nicht gut zu klettern, zu viel zu wählen, und es fliegt wie ein Ziegelstein
Hinzufügen meiner zwei Cent ... Sie können Tragflächen für höhere Anstellwinkel optimieren, aber dies bedeutet, dass die Tragfläche für den normalen Flug Müll wird. Wie Jeff sagte, es ist ein Kompromiss. Der Grund dafür, dass wir 15 bis 20 Grad sehen, liegt wahrscheinlich an den Vorschriften, insbesondere an der maximal zulässigen Überziehgeschwindigkeit für Ihre Flugzeuggewichtsklasse. Wenn die Überziehgeschwindigkeit vorgeschrieben ist und Ihr Gewicht für Ihre Gewichtsklasse ausgeschöpft ist, dann werden Sie - mit dem von Ihnen gewählten Klappendesign und der optimalen Flügelfläche - wahrscheinlich diese 15 bis 20 Grad AOA benötigen, um die geforderte niedrige Überziehgeschwindigkeit zu erreichen.

Antworten (1)

Sowohl die Profilform als auch die inhärenten Eigenschaften der Luft tragen zum Stall-Anstellwinkel bei. Sie haben nach einem theoretischen Hintergrund gefragt, aber ich werde die Faktoren auflisten, die den Strömungsabriss beeinflussen, da es dafür keine einfache Formel gibt.

Der wichtigste Faktor ist die Saugspitze, die sich direkt hinter dem Staupunkt auf der Oberseite der Eintrittskante entwickelt. Hohe Saugkraft bedeutet hohe Geschwindigkeit und das wiederum bedeutet hohe Reibung, sodass die Luft Energie verliert, die sie weiter stromabwärts benötigt, um ihren Druck wieder herzustellen. Geht zu viel Energie verloren, reißt die Strömung ab . Genügend Trennung und Auftrieb leiden, also haben Sie hier den unmittelbarsten Grund für einen Strömungsabriss.

Was kann getan werden, um diesen Punkt zu einem höheren Anstellwinkel zu verschieben?

  1. Schneller aufschlagen. Auf diese Weise hat die Strömung über den hinteren Teil des Flügels eine Grenzschicht von niedrigeren Anstellwinkeln und wird sich nicht ablösen, wenn die Vorderkante den Anstellwinkel passiert, bei dem sie unter normalen Bedingungen abreißt. Dies kann den Stall-Anstellwinkel um 50 % nach oben verschieben. Aber das funktioniert nur vorübergehend, und derselbe Mechanismus verzögert die Wiederherstellung, sobald der Stillstand aufgetreten ist.
  2. Erhöhen Sie den Vorderkantenradius. Dies verteilt die Saugspitze und macht sie weniger spitz. Eine stumpfe Vorderkante ist besonders hilfreich bei höheren Flächenbelastungen, wenn Mach-Effekte in den Stall-Anstellwinkel der Mechanik hineinspielen. Sobald die lokale Sogspitze an der Nase eines Flügels eine lokale Machzahl von etwas weniger als 1,6 erreicht , konnte in Experimenten keine Auftriebszunahme beobachtet werden.
  3. Erhöhen Sie die Flügelwölbung, entweder durch Nasen- und/oder Hinterkantenklappen oder durch Wölbung des Profils. Dadurch werden bereits bei niedrigen Anstellwinkeln hohe Auftriebsbeiwerte erreicht , und insbesondere Bugvorrichtungen (Slats, Krüger-Klappen) verschieben den Stall-Anstellwinkel zusätzlich nach oben.
  4. Verwenden Sie ein gut konstruiertes Profil mit einem langen laminaren Lauf und einer Stratford-Druckverteilung über den turbulenten Übergangspunkt auf der Oberseite hinaus. Dies trägt dazu bei, Grenzschichtverluste zu reduzieren und die Energiereserven für einen möglichst steilen Druckanstieg zu maximieren. Aber Sie brauchen einen sauberen, glatten und gut gebauten Flügel , damit das wirklich passiert. Und der richtige Reynolds-Zahlenbereich: Segelflugzeuge nutzen diesen Effekt ausgiebig, Verkehrsflugzeuge können ihn überhaupt nicht nutzen.
  5. Flächenbelastung erhöhen. Dadurch wird die Strömungsabrissgeschwindigkeit zu einer höheren Reynolds-Zahl verschoben, bei der die Reibungsverluste im Verhältnis zur Trägheitsenergie der Luft kleiner sind. Dies erhöht natürlich die Stall-Geschwindigkeit, verschiebt aber auch den Stall-Anstellwinkel nach oben. Ein bisschen.
  6. Flügelsehne erhöhen (unter Beibehaltung der gleichen Fläche). Das hat eigentlich zwei Effekte: Der kleinere kommt wiederum von der Erhöhung der Reynoldszahl, der stärkere aber von der Reduzierung der Streckung des Flügels. Bei einem kleineren Seitenverhältnis ist die Steigung der Auftriebskurve flacher, sodass der gleiche Auftriebskoeffizient (und die Saugspitze) bei einem höheren Anstellwinkel erreicht werden.
  7. Flügelschwung erhöhen. Die Druckänderungen über dem Flügel sind jetzt proportional zum Kosinus des Pfeilungswinkels, sodass alle Effekte entsprechend zu höheren Anstellwinkeln verschoben werden. Aber hüten Sie sich vor einer Kombination aus hohem Sweep und hoher Streckung: Stall wird geradezu böse . Wenn Sie 6 und 7 kombinieren, kommen Sie irgendwann zu einem Deltaflügel, der auch bei vollständig abgelöster Oberseitenströmung ( Wirbelauftrieb ) gut fliegt. Jetzt wird Ihr Grenzanstellwinkel entweder durch das Bersten des Wirbels oder durch den Verlust der Richtungsstabilität definiert .
  8. Fliegen Sie in heißer, weniger dichter Luft. Dies hilft auch, die Reynolds-Zahl zu erhöhen , da Sie sich für den gleichen dynamischen Druck schneller bewegen müssen. Ein Großteil dieses Vorteils wird jedoch durch die Zunahme der Viskosität der Luft mit der Temperatur aufgezehrt .
Während ich glaube, ich verstehe, was Sie in Punkt 1 zu sagen versuchen, ist ein schnelleres Aufstellen nicht etwas, was ich empfehle, wenn ich im Simulator trainiere, da der erhöhte Belastungsfaktor und der größere Anstellwinkel Sie noch schneller in den Strömungsabriss bringen. Also versuche ich, es praktisch zu halten, um Stall zu vermeiden, indem ich lehre, den Angriffswinkel (Neigung nach unten) für ein positives Ergebnis zu reduzieren :)
@Herman Natürlich solltest du das tun. Aber die Hysterese funktioniert in beide Richtungen: Auf dem Weg nach oben verzögert sie den Strömungsabriss und auf dem Weg nach unten verzögert sie auch die Erholung. Und das ist etwas, das man im Hinterkopf behalten sollte, wenn man schnelle Pitch-Änderungen fliegt.
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