Wie wirkt sich die Geschwindigkeit auf den Auftrieb aus?

Die Auftriebsgleichung lautet

Wo$S$ist Flügelbereich,$C_L$Auftriebskoeffizient,$\rho$Luftdichte und$v$Fluggeschwindigkeit. Maßeinheiten verwenden$\text{m}^2$für$S$,$\text{m}/\text{s}$für$\text{v}$, Und$\text{kg}/\text{m}^3$für$\rho$, das Ergebnis ist Lift-in$\text{N}$(Newton).

In Bezug auf symmetrische Tragflächen funktionieren sie auch recht gut, und die oben angegebene Gleichung ist für sie vollkommen gültig. Wenn es stimmt, dass bei null Grad ihre$C_L$null ist, geben sie unabhängig von der Geschwindigkeit null Auftrieb (null mal alles ist null).

Wenn Sie in einem Windkanal eine feste Tragfläche haben, steigt der Auftrieb mit dem Quadrat der Luftgeschwindigkeit.

Ein echtes Flugzeug benötigt jedoch normalerweise nur genug Auftrieb, um sein Gewicht auszugleichen. Wenn es also schneller fliegt, verringert es auch den Anstellwinkel, um den Auftrieb konstant zu halten.

Umgekehrt, wenn ein Pilot mehr Auftrieb wünscht, um eine enge Kurve zu fahren, wird er normalerweise den Anstellwinkel erhöhen, anstatt die Geschwindigkeit zu erhöhen.

Der Auftrieb nimmt auch mit der Luftdichte und der Flügelfläche zu (gemäß der Antwort von xxavier), aber diese liegen normalerweise außerhalb der Kontrolle des Piloten!

Es ist schwierig (wirklich unmöglich) vorherzusagen, was nur auf der Grundlage der Luftgeschwindigkeit passiert.

Um ein aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten, müssen Sie nach der Reynolds-Zahl gehen. Normalerweise haben Sie für jede getestete Reynolds-Zahl ein völlig separates Diagramm. Bei einer anderen Reynolds-Zahl wird sich nicht nur die Auftriebsänderung, sondern auch die Grundform der Cl/Alpha-Linie wahrscheinlich ändern (z. B. wenn die Reynolds-Zahl fällt, ist es ziemlich routinemäßig, einen viel "schärferen" Stall zu bekommen - das ist, wo Ihr Diagramm einen schönen, glatten Roll-Off im Auftrieb zeigt, wenn die AoA zunimmt, bei einer niedrigeren Reynolds-Zahl kann es leicht nur einen minimalen Auftriebsverlust geben und dann viel schneller abfallen. Hier ist zum Beispiel ein Cl / AoA-Diagramm für ein NACA 6409-Profil:

Die goldene Linie liegt bei Re=1.000.000, die blaugrüne bei Re=50.000. Diese sind beide ziemlich niedrig, geben aber zumindest die allgemeine Vorstellung wieder. Beachten Sie insbesondere, dass die Kurven wesentlich unterschiedliche Formen haben. Bei Re = 1M steigt der Auftrieb fast linear mit AoA an, bis er sich dem Strömungsabriss nähert (an diesem Punkt rollt er ziemlich sanft ab). Bei Re=50K ist der Anstieg viel weniger linear, und Cl steigt kurz vor dem Strömungsabriss stark an und fällt dann fast ohne Vorwarnung wie ein Stein ab.

Beachten Sie aber auch, dass es um die Reynolds-Zahl geht. Eine niedrige Luftgeschwindigkeit mit einer großen Sehne wirkt ähnlich wie eine viel höhere Luftgeschwindigkeit mit einer viel kleineren Sehne.

Als konkretes Beispiel arbeiten die in den Laufrädern eines Strahltriebwerks verwendeten Tragflächen bei hohen Luftgeschwindigkeiten, haben aber extrem kleine Sehnen. Dies ergibt trotz der hohen Luftgeschwindigkeit eine sehr niedrige Reynolds-Zahl. Selbst bei einem Überschalljet arbeiten die Laufräder oft mit einer niedrigeren Reynolds-Zahl als der Hauptflügel einer Piper Cub oder einer Cessna 172.

Willkommen bei Aviation Stack Exchange James! Eine vereinfachte Antwort wäre:

Der Auftrieb wird durch den Luftstrom um den Flügel erzeugt (der Ausdruck dafür ist in der Antwort von xxavier angegeben). Wenn Sie die Geschwindigkeit erhöhen, erhöhen Sie den Luftstrom um den Flügel herum. Wenn alles andere konstant bleibt, erhalten Sie mehr Auftrieb. (IRL sind die Folgen von erhöhter Geschwindigkeit und erhöhtem Auftrieb zahlreich, gehen jedoch über den Rahmen dieser Frage hinaus.)

Für ein symmetrisches Profil bei einer AoA von null wäre der Cl 0, und die Geschwindigkeit hätte keinen Einfluss auf den Auftrieb: Unabhängig von der Geschwindigkeit wäre der Auftrieb null.