Wie sieht die Druckverteilung über einem Segelflugzeugflügel aus?

Kann jemand das Design von Segelflugzeugtragflächen und die anschließende Druckverteilung darüber erklären?

Ich vermute, dass:

  1. Die Druckverteilung sollte eine resultierende Kraft in Vorwärtsrichtung nach oben bilden, da zwei Kraftkomponenten erforderlich sind, um das Gleichgewicht beim Flug eines Segelflugzeugs aufrechtzuerhalten: a) Auftrieb – in gleichem Widerstand zum Gewicht, und b) eine Vorwärtskomponente des Gesamtreaktion, die durch das Schaufelblatt erzeugt wird - im Gegensatz zum Luftwiderstand.

  2. Daraus schließe ich, dass der Anstellwinkel eines Segelflugzeugprofils relativ zur Flugrichtung negativ wäre, um eine Vorwärtskomponente zu erreichen, die dem Luftwiderstand entgegenwirkt; obwohl es relativ zum Luftstrom positiv wäre, um beispielsweise einen Unterdruck über den Flügeln zu erzeugen. Entweder das, oder der Sturz ist so ausgelegt, dass die beiden hier genannten Kriterien (a) und (b) eingehalten werden.

Sollte es keinen Widerstand gegen den Luftwiderstand geben, würde ich erwarten, dass das Segelflugzeug in Vorwärtsrichtung abbremst, bis der Luftstrom über den Flügeln zum Stillstand kommt und das Segelflugzeug an Auftrieb verliert und fällt.

Ich bin auch neugierig auf die verschiedenen Konstruktionen von Segelflugzeugprofilen: a) was sind die Kriterien, die sie definieren, und b) wie unterscheiden sie sich von denen von Motorflugzeugen, wenn es überhaupt Unterschiede gibt?

Die Vorwärtskomponente, die dem Widerstand entgegenwirkt, ist das Gewicht des Segelflugzeugs, nicht die Vorwärtsauftriebskomponente (was meiner Meinung nach sowieso technisch nicht möglich ist). Schauen Sie sich die Kräfte im Flug für ein Gleit-/Sinkflugzeug genau an: Der Auftrieb entspricht nur einem Teil des Gesamtgewichts. Drag wirkt dem verbleibenden entgegen
Der Unterschied zwischen Auftrieb und Luftwiderstand ist eher willkürlich, beide werden durch mehr oder weniger die gleichen physikalischen Phänomene verursacht und Sie können es als nur eine (gesamte) aerodynamische Kraft sehen, die durch die um das Flugzeug strömende Luft verursacht wird. Aus praktischen Gründen wird diese Kraft normalerweise in zwei Komponenten unterteilt, eine, der Auftrieb, ist per Definition senkrecht zur Bewegungsrichtung, die zweite (Widerstand) ist parallel. Aber für das Segelflugzeug ist es, glaube ich, am einfachsten, sich nur eine aerodynamische Gesamtkraft vorzustellen, die im stationären Flug immer gleich groß und entgegengesetzt zur Schwerkraft ist.
Ja, und das wäre induzierter Widerstand. Es gibt jedoch einen Profilwiderstand und einen parasitären Widerstand, der immer auf jeden Körper wirkt, der sich durch eine Flüssigkeit bewegt, nämlich in diesem Fall Luft. Dieser Widerstandskraft muss entgegengewirkt werden, um einen Gleichgewichtsabstieg entlang des Gleitwinkels aufrechtzuerhalten; Wie kann das gemacht werden, ist ein Teil meiner Frage oben.
Es ist auch erwähnenswert, dass viele Segelflugzeugflügel (insbesondere bei Trainern) keine einheitliche Form über den gesamten Flügel haben. Viele Segelflugzeugflügel haben unterschiedliche Querschnitte, damit ein Teil des Flügels vor dem Rest des Flügels abwürgen kann. Dies dient als Warnung für den Piloten, dass ein Strömungsabriss unmittelbar bevorsteht, ermöglicht dem Piloten jedoch weiterhin die Kontrolle über den Rest des Flügels.

Antworten (2)

Die Druckverteilung über den Flügel eines Segelflugzeugs unterscheidet sich nicht von der eines gut konstruierten Flugzeugs. Ein Segelflugzeug kann den Flug aufrechterhalten, indem es leicht nach unten fliegt, sodass die Bewegungsrichtung nicht gerade, sondern leicht nach unten ist. Wenn Sie dies in aufsteigender Luft tun, führt dies zu einem anhaltenden Flug.

Auf ein Segelflugzeug einwirkende Kräfte

Schauen Sie sich die obige Skizze an: Der Flugbahnwinkel γ ist negativ und in ruhender Luft der Flugbahnvektor X k ist parallel zur Richtung der Fluggeschwindigkeit. Aufgrund der Neigung der Flugbahn wird der Auftriebsvektor so nach vorne geneigt, dass seine horizontale Komponente der Widerstandskraft genau entgegengesetzt ist. Dies wird rechts gezeigt, wo ich die Vektoren in eine geschlossene Sequenz verschoben habe, die zeigt, dass alle Kräfte im Gleichgewicht sind.

Aus Sicht des Segelflugzeugs zeigt der Auftrieb gerade nach oben und der Luftwiderstand direkt nach hinten, aber die Gewichtskraft ist leicht nach vorne geneigt. In gewisser Weise scheint der Schub eines Segelflugzeugs seine Gewichtskraft zu sein.

Lassen Sie nun das gesamte Luftpaket, in dem das Segelflugzeug fliegt, aufsteigen. Das Segelflugzeug sinkt in dieser Luft immer noch ab, gewinnt aber relativ zum Boden an Höhe, wenn die Aufwärtsgeschwindigkeit hoch genug ist.

Tolle Antwort wie immer, aber dieses Bild könnte einige Missverständnisse hervorrufen; Ärgern Sie sich, aber zu viele Leute verwechseln das: Auch wenn der Flugbahnwinkel negativ ist, ist der Angriffswinkel immer noch positiv.
@ Radu094: Ja, du hast Recht. Aber um die AoA zu zeigen, müsste ich das Flugzeugkoordinatensystem hinzufügen und die Dinge noch komplizierter machen, also habe ich mich entschieden, es wegzulassen.

Ich glaube, Sie gehen dieses Problem falsch an. Wenn Sie darüber nachdenken, wie ein Segelflugzeug fliegt, gibt es keine Vorwärtskraftkomponente auf dem Tragflächenprofil, die dem Luftwiderstand entgegenwirkt. Per Definition ist der Widerstand die Kraft, die der Bewegung des Fahrzeugs entgegenwirkt, und der Auftrieb ist senkrecht zur Widerstandskraft.

Angenommen, wir lassen das Segelflugzeug aus einiger Höhe in einer typischen Flugposition (dh Rumpf parallel zum Boden) fallen. Die einzige Möglichkeit, wie dieses Segelflugzeug vorwärts fliegen wird (vorausgesetzt, es gibt keinen Rückenwind), besteht darin, die Nase fallen zu lassen, wodurch ein negativer Anstellwinkel in Bezug auf den Boden entsteht. Der vom Tragflügel erzeugte Auftrieb hat hier sowohl horizontale als auch vertikale Komponenten relativ zum Boden. Allerdings verlierst du auch in dieser Ausrichtung Höhe. Der Punkt hier ist, dass ohne Anfangsgeschwindigkeit (Vorwärtsimpuls) die einzige Möglichkeit, Vorwärtsgeschwindigkeit zu erzeugen, darin besteht, potenzielle Energie in kinetische Energie umzuwandeln, indem man an Höhe verliert. Ein negativer Anstellwinkel erzeugt also Vorwärtsgeschwindigkeit, kostet Sie jedoch Höhe.

Was Ihre anderen Fragen in Bezug auf das Tragflächendesign von Segelflugzeugen im Vergleich zum Tragflächendesign von angetriebenen Flugzeugen anbelangt, so haben Segelflugzeugtragflächen typischerweise eine geringe Wölbung, einen geringen Auftrieb und einen geringen Luftwiderstand. Dies liegt daran, dass Flügel mit höherer Wölbung zwar mehr Auftrieb erzeugen, aber auch einen deutlich höheren Luftwiderstand erzeugen. Dies würde dazu führen, dass das Segelflugzeug schneller an Vorwärtsdynamik verliert. Da der Auftrieb eine Funktion der Geschwindigkeit ist, verliert Ihr Segelflugzeug während dieser Zeit an Auftrieb und fällt vom Himmel. Mit Antrieb können diese Tragflächen verwendet werden, um schwerere Lasten zu tragen (da mehr Auftrieb erzeugt wird und der Antrieb den Widerstandskräften direkt entgegenwirkt). Segelflugzeuge sind normalerweise leicht und benötigen daher weniger Auftrieb, um in der Luft zu bleiben. Die Profile mit niedrigem Luftwiderstand ermöglichen es ihnen, den Vorwärtsdrang und die Geschwindigkeit beizubehalten, ohne viel Höhe zu verlieren.

Im Allgemeinen soll der Druck unter dem Flügel immer höher sein als der Druck über dem Flügel. Sobald diese Bedingung nicht erfüllt ist, beginnt das Flugzeug/Segelflugzeug vom Himmel zu fallen. Beachten Sie auch, dass das Flugzeug nicht garantiert in der Luft bleibt, nur weil der Druck unten höher ist als der Druck oben. Die durch diesen Druck erzeugte Aufwärtskraft (F=P x Fläche) muss die durch die Schwerkraft verursachte Abwärtskraft (F=Masse x Schwerkraft) übersteigen.

Wie sieht die Druckverteilung über einem Segelflugzeugflügel aus?
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