Was ist die unmittelbare Ursache für den Stillstand?

Die unmittelbare Ursache eines Strömungsabrisses ist die Ablösung des Luftstroms vom Flügel:

^{Bild von der NASA}

Dies passiert, wenn Ihr Anstellwinkel zu hoch ist.

Wie kann der AoA zu hoch werden?

--Für Horizontalflug:

• Bei einer bestimmten Geschwindigkeit haben Sie eine bestimmte AoA, die den für einen Horizontalflug erforderlichen Auftrieb liefert. Je niedriger die Geschwindigkeit, desto höher dieser AoA.

• Bei einem bestimmten Flügel (Konfiguration) haben Sie eine bestimmte maximal zulässige AoA (im Bild ist die AoA, für die Sie den höchsten Wert des Grundstücks haben):

^{Bild aus Wikipedia}

Anhand dieser beiden Informationen können Sie sehen, was die Antwort auf Ihre Frage ist:

• Wenn die Geschwindigkeit zu niedrig ist, benötigen Sie zum Geradeausfliegen eine AoA, die die Fähigkeiten Ihrer Flügel übersteigt (oder einen vektoriellen Schub, der das Gewicht Ihres Veichle übersteigt, aber ich würde sagen, dass dies nicht ganz üblich ist).
• Wenn der AoA zu hoch ist, nun ja, ist es ziemlich offensichtlich, dass Sie ins Stocken geraten sind.

--Für Kurvenflug:

Während einer Kurve müssen Sie eine Komponente Ihres Auftriebsvektors verwenden, um tatsächlich zu drehen

^{Bild von hier}

Wie Sie sehen können, ist der Auftrieb, den Sie zum Wenden benötigen, größer als der Auftrieb, den Sie benötigen, um horizontal zu fliegen (bei gleicher Geschwindigkeit). Und um einen höheren Auftrieb zu haben, benötigen Sie eine höhere AoA.

Und noch einmal zurück zum AoA: Wenn Sie zu viel drehen wollen (hoher Lastfaktor), benötigen Sie viel zusätzlichen Auftrieb, was bedeutet, dass Sie Ihren AoA erhöhen müssen.

Wenn Sie Ihre Flügelgrenzen überschreiten, geraten Sie ins Stocken

Dynamischer Stand

Das ist nicht gerade mein Ding, aber Lektüre aus dem bereits verlinkten Wikipedia-Artikel:

Dynamischer Strömungsabriss ist ein nichtlinearer instationärer aerodynamischer Effekt, der auftritt, wenn Tragflügel den Anstellwinkel schnell ändern. Die schnelle Änderung kann dazu führen, dass ein starker Wirbel von der Vorderkante des Tragflügels abfällt und sich über dem Flügel nach hinten bewegt. Der Wirbel, der Luftströme mit hoher Geschwindigkeit enthält, erhöht kurzzeitig den vom Flügel erzeugten Auftrieb. Sobald er jedoch die Hinterkante passiert, nimmt der Auftrieb dramatisch ab und der Flügel befindet sich im normalen Strömungsabriss.

Ich würde sagen, dass wir wieder einmal in den Fall der „zu großen AoA“ fallen, wenn auch aus anderen Gründen.

Den beiden guten Antworten ist nicht viel hinzuzufügen, aber ich werde versuchen, sie zu verfeinern. Der Hauptgrund für einen Strömungsabriss ist die Strömungsablösung und dementsprechend der Auftriebsverlust über den Anstellwinkel des maximalen Auftriebs hinaus. Leider ist dies keine feste Zahl, sondern hängt von einer Reihe von Parametern ab. Die drei wichtigsten sind die Reynolds-Zahl, die Steigungsrate und die Mach-Zahl.

Die Reynolds-Zahl charakterisiert das Verhältnis von Trägheits- und Zähigkeitskräften in einer Flüssigkeit. Mit anderen Worten, die Reibung hat bei niedrigeren Geschwindigkeiten und kleineren Abmessungen einen größeren Einfluss auf den Luftstrom. Reibung ist der Hauptgrund für die Strömungsablösung (bitte lesen Sie den verlinkten Artikel, um eine Erklärung zu erhalten), und je langsamer sich der Flügel durch die Luft bewegt, desto kleiner ist der Stall-Anstellwinkel. Bei einem Taildragger, der mit 10 Knoten rollt, ist der Flügel sicherlich abgewürgt.

Im Flug müssen Sie berücksichtigen, wie viel Auftrieb Sie vom Flügel verlangen. Dieser wird durch das Produkt aus Flugzeugmasse und Beladungsfaktor bestimmt. Wenn Sie eine Parabel mit Null g fliegen, brauchen Sie keinen Auftrieb, und der Flügel des Flugzeugs wird bei keiner Geschwindigkeit abgewürgt. Beachten Sie jedoch, dass das Höhenruder möglicherweise einen erheblichen Auftrieb erzeugen muss, um den Flügel nahe an seinem Null-Auftriebs-Anstellwinkel zu halten, sodass das Höhenruder bei niedriger Geschwindigkeit stehen bleiben könnte. Sie werden es merken, wenn dies geschieht, denn Ihre Parabel wird ein jähes Ende finden.

Auf der anderen Seite kann das Fliegen einer Steilkurve selbst bei hoher Geschwindigkeit zu einem Strömungsabriss führen, wenn Sie für die angegebene Geschwindigkeit zu viele g ziehen. Dies ist genauso wie ein Strömungsabriss im Horizontalflug bei niedriger Geschwindigkeit. Aufgrund von Effekten der Reynoldszahl kann der Stall-Anstellwinkel einige Grad höher sein, aber Details hängen vom jeweiligen Flugzeug und seinen Tragflächen ab. Im Allgemeinen steigt Ihre Stallgeschwindigkeit in einer Kurve mit dem Kehrwert der Quadratwurzel des Kosinus des Querneigungswinkels. Bei einer 60°-Kurve beträgt Ihre Stall-Geschwindigkeit 1,41 Ihrer waagerechten Stall-Geschwindigkeit, und bei 75° ist sie fast doppelt so hoch wie Ihre waagerechte Stall-Geschwindigkeit.

Die Steigungsrate kann einen dramatischen, aber kurzlebigen Einfluss haben. Siehe diesen Beitrag für Details. In Tests konnte der maximale Auftrieb um 50 % erhöht werden, indem einfach schnell nach oben genickt wurde. Wenn die Stall-AoA schnell erreicht wird, hat die Grenzschicht über dem größten Teil des Flügels immer noch die Eigenschaften, die mit der niedrigen AoA einhergehen, die vorherrschte, als dieses Luftpaket um die Nase des Flügels strömte. Sobald diese Grenzschicht weggespült wurde, befindet sich das Flugzeug tief im Strömungsabrissgebiet und muss sich stark nach unten neigen, um sich zu erholen. Nicken Sie schnell genug, und normalerweise gutartige Flugzeuge können gefährliche Strömungsabrisseigenschaften aufweisen. Es macht Spaß, dies zu versuchen, aber stellen Sie sicher, dass Sie genügend Höhe unter sich haben, um sich zu erholen.

Und nun zum Einfluss der Machzahl. Auch dieser Beitrag enthält mehr Details (scrollen Sie nach unten zu den unteren fünf Absätzen). Sobald ein Teil der Strömung über den Flügel Überschall erreicht, leidet der maximale Auftrieb und der Stall-Anstellwinkel wird dramatisch verringert. Dies ist ein Strömungsabriss bei hoher Geschwindigkeit, und es kann schwierig werden, ihn zu beheben. Stalling bedeutet einen Auftriebsverlust, sodass das Flugzeug nach unten neigt und mehr Geschwindigkeit aufnimmt. Dadurch wird es tiefer in den hohen Mach-Bereich mit schweren Stößen auf den Flügel getrieben, so dass durch Beschleunigung der Stalling-Zustand verschlechtert wird.

Insbesondere Flugzeuge in großer Höhe können in einen Zustand geraten, in dem sie genau zwischen dem langsamen und dem schnellen Strömungsabriss fliegen. Abbremsen bedeutet, den Anstellwinkel über sein Maximum zu erhöhen, und Beschleunigen bedeutet, dass die Stöße an den Flügeln schlimmer werden, den Auftrieb verringern und das Flugzeug in einen längeren flachen Tauchgang zwingen, bis die Luftdichte für die Erholung ausreicht. U-2-Piloten nannten dies die Sargecke der Flughülle.

Die Flügelpfeilung erhöht den maximalen Anstellwinkel, und bei Vorderkantenpfeilwinkeln von 60 ° und mehr erzeugt die Strömungsablösung an der Vorderkante einen Wirbel, der den Auftrieb mit höheren Anstellwinkeln erhöht, sodass ein normaler Strömungsabriss nicht auftritt. Natürlich wird die Neigung hoch genug und der Wirbel wird instabil, aber erhöhter Luftwiderstand, getrennte Strömung um das Seitenleitwerk und Wirbel am vorderen Rumpf begrenzen, wie hoch Sie neigen können. Der F-4 Phantom II hat einen maximalen Anstellwinkel von nur 23°, wobei die Flügel gerne einen positiven Auftriebsgradienten mit Anstellwinkel erzeugen. Aber das Seitenleitwerk wird jenseits dieser 23° schnell wirkungslos, und das Flugzeug wird heftig unkontrolliert gieren, wenn dieser Winkel überschritten wird (Nose Slice). Tatsächlich geraten Flugzeuge wie die F-4 nie ins Stocken, sie geraten einfach außer Kontrolle, wenn Sie zu stark aufschlagen.

Stall bedeutet, dass der Flügel seinen kritischen Anstellwinkel überschritten hat. Nicht mehr, nicht weniger.

Ist es möglich, sehr schnell über den kritischen Winkel hinaus zu fliegen? Sicher. Suchen Sie nach Pugaychevs Cobra. Oder schauen Sie sich die Saturn-V-Rakete an. Beide Flugzeuge sind ins Stocken geraten, fliegen aber weiter. Mein vorheriges Beispiel war fehlerhaft, aber die Stimmung steht. Setzen Sie genug Schub hinter ein Nebengebäude aus Backstein und Sie können es zum Fliegen bringen. (Danke Newmanth!)

Was ist mit dem langsamen Fliegen über den Stall hinaus? Das wird nicht funktionieren; Jenseits des kritischen Winkels entwickeln Sie weniger Auftrieb, je mehr Sie AoA erhöhen. Für jede gegebene Fluggeschwindigkeits-/Flügel-/Luftdichtekonfiguration gibt es einen maximalen Auftriebswert, der nicht überschritten werden kann. Je langsamer Sie also fliegen, desto tiefer gehen Sie.

Ihr Beispiel eines Flugzeugs, das mit 10 kt rollt, ist ausgezeichnet. Nur weil sich das Flugzeug langsam bewegt, bedeutet das nicht, dass der Flügel abgewürgt ist. Es gibt 10 kt relativen Wind, der über den Flügel streicht, und der Anstellwinkel ist nahe 0. Der Flügel ist nicht abgewürgt, er erzeugt einfach nicht genug Auftrieb, um zu fliegen.

Um es noch einmal zu wiederholen: Strömungsabriss bedeutet, dass der Flügel seinen kritischen Anstellwinkel überschritten hat . Das ist es.