Warum erzeugt ein Flügel in Überschallströmung keinen Stoß, der zu einer Strömung parallel zur Vorderkante führt?
Nick Hügel
Wenn wir einen Keil in Überschallströmung betrachten, geht ein Stoß von der Vorderkante aus, so dass die Strömung nach dem Stoß gedreht wird und parallel zur Tragflächenoberfläche verläuft.
Der Stoßwinkel basiert auf dem Strömungsdrehwinkel (Keilwinkel) und kann anhand der folgenden Tabelle ermittelt werden:
Ich habe mich gefragt, warum ein Flügel in Überschallströmung nicht dasselbe Verhalten zeigen würde (siehe Bild unten). Das heißt, warum sollte es keinen Stoß geben, der von der Spitze des Flügels ausgeht (der vom Pfeilungswinkel ähnlich wie vom Keilwinkel abhängt ( )? Wenn dies geschehen würde, gäbe es keine Komponente der Strömung senkrecht zum Flügel (da der Stoß die Strömung parallel zur Oberfläche drehen würde). Ich weiß, dass dies physikalisch nicht auftritt, weil es immer eine Strömungskomponente senkrecht zum Flügel gibt, aber das hat mich verwirrt, weil der Flügel genau wie ein Keil aussieht (wenn wir einen Keil von oben statt von der Seite betrachten).
Antworten (2)
Guy Inchbald
Die zweidimensionalen Strömungen in Schnitt und Plan sind nur Annäherungen oder Vereinfachungen, die unter bestimmten Bedingungen gelten. Diese Situation kann als dreidimensionale Strömung besser verstanden werden, und vielleicht auch aus dem Bezugssystem der Luft. Wenn sich der Flügel nähert, sorgen die resultierenden Druckgradienten dafür, dass die Luft aus ihrem Weg strömt. Da der Flügel relativ dünn ist, ist der vertikale Gradient viel stärker als der horizontale. Die Luft neigt also dazu, sich in diese Richtung zu bewegen.
Es tritt jedoch eine gewisse seitliche Strömung auf. Solange der Stoßkegel vor dem Flügel bleibt, hat die Luft Zeit, sich sowohl seitwärts als auch nach oben zu bewegen. Aufgrund der Pfeilung des Flügels gibt es einen Druckunterschied auf beiden Seiten eines bestimmten Punktes. Diese bewirken, dass die Luft unter der Vorderkante herausströmt, sich weiter außen um sie herum kräuselt, wieder eingezogen und dann auf halbem Weg über den Flügel wieder herausgedrückt wird. Dieses seitliche Strömungsmuster neigt dazu, wiederum die Druckunterschiede und damit die Leistung des Flügels zu beeinflussen. Auf einem sehr scharf gefegten Delta kann es sogar den Luftstrom dominieren. Bei einem konventionelleren Pfeilflügel werden jedoch manchmal Vorrichtungen wie Flügelzäune, Vorderkantenschlitze und Hundezähne eingebaut, um ihn zu reduzieren.
Peter Kämpf
Die Luft muss dem sich nähernden Flugzeug Platz machen . Dafür nimmt er den Weg des geringsten Widerstands, der über und unter dem Flügel liegt. Dies wird in Ihrem ersten Bild gezeigt, das für eine Überschallvorderkante gilt. Ihre Draufsicht zeigt einen anderen Querschnitt durch einen dreidimensionalen Stoß bei deutlich geringerer Geschwindigkeit. Der Vektor M ist falsch und entspricht nicht dem, was wirklich passiert.
Wenn X in Strömungsrichtung, Y seitwärts und Z unten ist, zeigt Bild 1 einen Schnitt in der XZ-Ebene für eine Überschall-Vorderkante. Bild 3 zeigt einen Schnitt in der XY-Ebene für eine Unterschall-Vorderkante. Hier strömt die Luft nicht seitwärts, sondern weiter in Richtung des Vektors M am Stoß vorbei .
Wie wirkt sich die Flügelform auf die Stoßstruktur aus?
Wie verhindern eine schmale Flugzeugzelle und Canards, dass Überschall-Schockwellen zusammenfließen?
Was ist die Hauptursache für eine schockinduzierte Trennung (Shock Stall)?
Da Stoßwellen eine nicht vernachlässigbare Viskosität haben, warum ignorieren die normalen Stoßbeziehungen Reibung/Viskosität?
Warum ist der Luftwiderstandsbeiwert für gerade Flügel bei Überschallgeschwindigkeit niedriger als für Pfeilflügel?
Swept-Back-Wing-Theorie
Konischer Flügel mit niedrigem Auftriebskoeffizienten
Was ist der höchste und der niedrigste Luftdruck, den ein Flugzeug bei Überschallgeschwindigkeit erzeugt?
Wie kann man den Wellenwiderstand ungefähr abschätzen?
Was sind die Vorteile eines Schwenkflügels?