Prinzip des aerodynamischen Auftriebs: Werden in Flugschulen auch Missverständnisse gelehrt?

Ich bin ein CFI, der an einer großen Flugschule (+200 Schüler) in den Vereinigten Staaten unterrichtet. Sie werden vielleicht überrascht sein, das zu hören, aber...

Wir machen uns wirklich keine Gedanken darüber, wie ein Flügel funktioniert.

Die technische Erklärung, wie ein Flügel funktioniert , ist für mich ein Thema für die Ingenieure, die solche Dinge bauen und konstruieren. Privatpiloten-Bewerber (zumindest alle, die ich kennengelernt habe) beschäftigen sich eher mit Dingen wie "Wie bekomme ich das Flugzeug in die Luft?" und "Was mache ich, wenn es in Eile wieder herunterkommt?"

Tatsächlich beginnt Van Sickles Modern Airmanship das Kapitel über Aerodynamik mit den Worten (paraphrasiert):

Einige der in diesem Kapitel vorgestellten Konzepte sind falsch, aber sie sind nützliche Illustrationen.

Um Ihre Frage zu beantworten, lehren wir Folgendes:

1. Die Ausrichtung des Flügels zum Fahrtwind verdrängt Luft nach unten, wodurch Auftrieb entsteht.
2. Aufgrund der Form des Tragflügels hat die Luft oben auf dem Flügel einen niedrigeren Druck als die Luft unterhalb des Flügels, was ebenfalls einen Auftrieb verursacht.

Und wenn uns nicht ein Student nach weiteren Informationen fragt, belassen wir es dabei.

Wenn Sie darauf hoffen, Flugzeugkonstrukteur zu werden oder Strömungsdynamik zu erforschen, werden Sie schnell von allen Missverständnissen berichtigt, die Sie möglicherweise über Herrn Bernoulli und seinen asymmetrischen Flügel haben. Die meisten Flugschüler begnügen sich jedoch mit einer Vorbesprechung: " Was wir heute besprechen, ist technisch nicht korrekt, aber Sie werden es viel einfacher finden, die notwendigen Konzepte auf diese Weise zu verstehen. "

Peter Kämpf machte einen lohnenden Kommentar:

Es ist wirklich nicht so schwer, Aerodynamik richtig zu verstehen, und Sie klingen, als ob Sie einen kurzfristigen Gewinn einer fundierten Grundlage vorziehen, die Piloten helfen könnte, wirklich zu verstehen, was mit ihrem Flugzeug passiert, und die am besten geeignete Aktion auszuwählen.

Was sehr wahr ist - es ist nicht schwer, Aerodynamik richtig zu verstehen. Ich verteidige meinen Standpunkt mit einer Analogie: Stellen Sie sich ein Geschäft vor, in dem Sie mit einem Kind einkaufen, das die Dezimaladdition noch nicht versteht. Sie haben zwei Einkäufe, eine Kalkulation $5.08und eine Kalkulation $3.99. Das Kind addiert die großen Zahlen und sagt Ihnen, dass der Endpreis sein wird $8. Sie haben jetzt (mindestens) zwei Möglichkeiten: Sie könnten eine Diskussion über signifikante Zahlen und gebrochene Multiplikation beginnen (Steuern nicht vergessen!), oder Sie könnten das Kind dafür loben, dass es seine Fähigkeiten anwendet und eine hübsche Antwort erhält nahe.

Ist es besser, wenn das Kind irgendwann versteht, wie man Steuern berechnet, anstatt einfach darauf zu vertrauen, was die Kassiererin auf dem Bildschirm liest? Natürlich. Aber in der Phase, in der sich die meisten meiner Schüler befinden , ist es für ihre Entwicklung als Piloten viel wertvoller, sie einfach dafür zu loben, dass sie nah genug dran sind.

Bezüglich JAL123 stimme ich Ihnen zu 100% zu. Bis Sie als Pilot in Ihrer Entwicklung weit genug fortgeschritten sind, um etwas mit einer Turbine zu fliegen, die es antreibt, sollten Sie die Prinzipien und Konzepte Ihrer Maschine mit höchster Genauigkeit kennen .

Ich kann nur im Namen des australischen Lehrplans sprechen, wie er von der CASA (Civil Aviation Safety Authority - Australia) herausgegeben wird, aber wir sollen sowohl das Bernoulli-Theorem als auch das Theorem der Luftablenkung lehren (ich glaube, das ist die zweite Theorie, die Sie sind über die Newtonschen Gesetze sprechen).

ABER es wird von uns auch erwartet, dass wir diese Punkte als Theorien und nicht als Gesetze lehren, da es kein Gesetz zur Erzeugung von Auftrieb gibt. Bis zu einem gewissen Grad könnte man also sagen, dass wir Missverständnisse lehren, aber gleichzeitig geben wir diese Missverständnisse gegenüber denen, die wir lehren, offen zu.

Der andere Teil, den wir offen zugeben, ist, dass beide Theorien das Verdienst haben, zumindest dazu beizutragen, bestimmte wichtige Eigenschaften der Aerodynamik während des Fluges zu verstehen, ein gutes Beispiel ist ein Strömungsabriss. Wir haben das Druckzentrum, das sich entlang der Flügelsehne weiter nach vorne bewegt, wenn der Anstellwinkel erhöht wird, da die "Spitze" des dynamischen Luftdrucks weiter vorne entlang der Flügelsehne liegt. Am "kritischen Winkel" befindet sich in seiner vordersten Position. Sobald wir den kritischen Winkel überschreiten, wird der Flügel blockiert und das Druckzentrum bewegt sich augenblicklich entlang der Sehnenlinie nach hinten zu einer Position ungefähr auf halber Strecke entlang der Sehne, da Bernoullis Theorem nicht mehr die Hauptwirkung auf unseren Flügel hat. Jetzt übernimmt das Theorem der Luftablenkung, und wir betrachten die Analogie „Hand aus dem Fenster eines fahrenden Autos“.

Ich möchte dieser Frage meine $ 0,02 hinzufügen. Der Auftrieb wird (in den aerodynamischen Texten) als die nach oben gerichtete Komponente der Kraft definiert, die die Luft auf den Flügel ausübt. Die Kraft setzt sich aus den tangentialen (Scher-)Kräften zusammen, die dazu neigen, hauptsächlich zum Luftwiderstand beizutragen, sowie aus den (normalen) Druckkräften, die dazu neigen, zum Auftrieb beizutragen. Was die Gestaltung des effizientesten Flügels betrifft, lautet die Antwort Trial-and-Error. Hunderte von verschiedenen mathematisch definierten Profilen werden in einen Windkanal gebracht und ihre Auftriebs- und Luftwiderstandsbeiwerte werden gemessen. Sie werden dann in einem Buch wie diesem veröffentlicht, damit zukünftige Luft- und Raumfahrtingenieure entscheiden können, welches Profil am besten zu ihrem Zweck passt. Die Frage nach dem Warumdass der Druck auf der Oberseite niedriger ist als auf der Unterseite des Flügels, ist nicht wirklich so wichtig. Unzählige empirische Daten zeigen, dass es die beobachteten Phänomene sind, und von dort aus arbeiten wir damit, so unbefriedigend das auch sein mag.

Mir wurde 1958 an der Flugschule der Civil Air Patrol beigebracht, dass der Bernoulli-Effekt die einzige Möglichkeit ist, mit der ein Flügel Auftrieb erzeugt. Ich erinnere mich nicht, was unser Lehrbuch war, außer dass es auch von der USAF verwendet wurde. Unsere Ausbilder hielten diese Tatsache offensichtlich für nicht entscheidend und tauchten in keiner Prüfung auf. Wie Steve V. sagt, haben wir uns wirklich keine Gedanken darüber gemacht, wie ein Flügel funktioniert.

Ein Modellflugzeugbauer in unserer Stadt flog ein Fahrzeug, das nichts weiter als eine flache Metallscheibe mit Motor, Ruder und Höhenrudern war. Es hatte eine sehr lange Startrolle und war ein Biest zum Fliegen, aber es flog eindeutig den Flügel und hing nicht nur an seiner Stütze. Tatsächlich handelte es sich um ein 25-Zoll-Texaco-Gas-Schild aus emailliertem Stahl. Es war kein Bernoulli-Effekt möglich.

Außerdem hatten wir viele technische Zeichnungen früher Wright-, Santos-Dumont- und Curtis-Flugzeuge gesehen, alle mit flachen oder gekrümmten Flügeln von konstanter Dicke über praktisch die gesamte Sehne. Offensichtlich erzeugten diese Flugzeuge kein Bernoulli-Differential. Wir hatten viele Beweise dafür, dass Bernoulli für den Flug schwerer als Luft nicht notwendig war.

Ich würde also sagen, dass dieses Missverständnis 1958 in einigen Flugschulen gelehrt wurde, aber es hat wenig wirklichen Schaden angerichtet. Studenten, die einfach nur fliegen wollten, ignorierten es und fingen an, einfach nur zu fliegen. Studenten, die sich für Luftfahrtwissenschaften interessierten, wussten bereits, dass sie eine so einfache Erklärung nicht akzeptieren würden, wenn es um Strömungsdynamik geht.