Aerodynamik und Motor der P-51 im Vergleich zur Bf 109

[Del Sönkos]

Hi, gleich vorweg: Ich will hier keine Endlosdiskussion über den "Besseren Flieger" beginnen, das kann man woanders nachlesen.
Ich habe nur noch nie eine Antwort auf die Frage bekommen, wie die P-51 eine so hohe Reichweite, hohe Geschwindigkeit und Manövrierfähigkeit im Vergleich zur Bf-109 haben konnte?
Ich habe hier mal eine kleine Tabelle angelegt (Quelle: http://www.luftfahrtmuseum.com/):
Ich habe leider keine Antwort auf diese Fragen gefunden, ganz im Gegenteil :
Die P-51 ist wesentlich schwerer und größer als die Bf-109. Das erklärt vielleicht die größere Reichweite aber nicht die hohe Geschwindigkeit. Wie kann die P-51 so schnell (später flog die ja über 720 km/h) sein obwohl sie 1700 kg schwerer war bei "nur" 300PS mehr?
Die Leistung für eine bestimmte Geschwindigkeit steigt ja exp. an....
Wie kann man mit relativ wenig mehr Leistung bei höherer Masse schneller fliegen? Hatte die P-51 eine widerstandsärmere Oberfläche, ein besseres Flügelprofil?
Danke für alle Fragen voraus, Sönke

 

[Schorsch]

Ich setze hier erstmal nur ein Zitat von Sens von hier:
http://www.flugzeugforum.de/forum/showthread.php?p=411090#post411090

Die P-51 und einige andere Muster aus den 40iger Jahren als 2. Generation einzustufen macht doch Sinn.
Die P-51 hatte als erster Jäger Tragflächen mit einem 'Laminar-Profil'.
Der so reduzierte Widerstand entsprach einer Mehrleistung von >200 PS und bei Marschleistung ergaben sich hervorragende Verbrauchswerte.
Der Merlin mit mehrstufigem Lader ermöglichte eine hervorragende Höhenleistung. Selbst ein durchschnittlicher (gut ausgebildeter) US-Pilot brauchte in dieser Maschine keinen deutschen Jäger zu fürchten. Die P-47 Piloten hatten ein ähnliches Vertrauen in ihr Einsatzmuster, das durch schiere Kraft und Robustheit überzeugte.
Die wenigen Ta-152 von 1945 spielten eigentlich keine Rolle mehr und liessen auch keine entscheidenden Vorteile gegenüber den US-Mustern erkennen.
Das Gleiche gilt teilweise auch für die Me-262, die gegen die US-Jäger nur von bedingtem Wert war. (Auch wenn manche es vereinfacht glauben, ein Luftkampf/Einsatz ist kein 'F-1 Rennen')
Der leistungsfähigste Jäger dürfte 1945 die britische Tempest gewesen sein.
Falls die deutschen Jäger jemals einen Vorteil in Bezug auf ihre Jagdflugzeuge hatten, dann war dieser spätestens 1942 'aufgezehrt'.

 

[Ghostbear]

Bei Mach 0,6 hat die Mustang im Flight Test einen CD (Widerstandsbeiwert) von 0.02 gehabt, die Me 109 bei gleichen Bedingungen hat ca. 0.025. Das hört sich nach nicht viel an, ist aber erheblich. Der Graph ist leider von sehr schlechter Qualität. Die oberste Kurve mit dem größten Widerstand, ist die Flighttest Kurve der 109. Die Kurve direkt drunter ist die der P51. Alle anderen Kurven sind Windkanalkurven. Der Graph kommt aus: Sighard F. Hoerner, Fluid Dynamic Drag, Kapitel 15-34.

 

[78587?]

Die Graphik lässt aber nicht erkennen um welche "G" es sich handelt.
Baureihe "G" ist ein weiter Bereich, ist es eine G2 oder eine Beulen G oder eine gestrakte G.:?!

 

[Ghostbear]

Ich habe noch ein schönes Zitat aus dem Hoerner, der Bibel der Widerstandsberechnung im Flugzeugbau (obwohl uralt, immer noch in jeder Aerodynamikabteilung der großen Hersteller zu finden... ):

The resultant drag coefficient (on total wing area of 172 ft^2)

CD = 0.036; or CDwet = 0.0105

on total wetted area of 590 ft^2, indicates an airplane with comparatively poor aerodynamic efficiency (the Me-109 was first designed in 1935; size and output of that engine were (about) doubled between then and 1944).

Grobe Übersetzung: Der Widerstandsbeiwert beschreibt ein Flugzeug von vergleichsweiser schlechter aerodynamischen Effizienz. Die Werte gelten für eine "beulen" Me-109 G aus dem Jahre 1944. DIe genaue Version lässt sich aus dem Buch nicht herauslesen, ist aber auch nicht so wichtig.

Btw.: Dr. Ing. Sighard F. Hörner hat während des Krieges bei der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL), bei Fieseler und Junkers gearbeitet, bis er dann als Forschungsaerodynamiker zu Messerschmitt gegangen ist. NAch dem Krieg forschte er i den USA weiter...;)

 

[Ghostbear]

Die Graphik lässt aber nicht erkennen um welche "G" es sich handelt.
Baureihe "G" ist ein weiter Bereich, ist es eine G2 oder eine Beulen G oder eine gestrakte G.:?!

Das ist im Prinzip egal, denn der schlechte Wert kommt ja sicher nicht nur von den "Beulen". Es hat sich bei den Tests um Sturzflugversuche gehandelt. Die Quelle von Hoerner ist:

Kaiser, Me-109 Dives, Messerschmitt 109/12/L1943.

Wenn Du den Report findest, hast Du wahrscheinlich auch die G Version... bei 1943 würde ich eher auf eine G-5 oder G-6 als G-10AS tippen.

Vielleicht finde ich es auch noch raus. Mal sehen.... ;)

 

[Ghostbear]

Beim weiteren Durchblättern des Buches hab ich gerade gemerkt, dass Hörner den Widerstand der G komplett analysiert hat.... Ich werd das aber alles nicht einstellen. Nur den Anfang und das Ende...

 

[Del Sönkos]

Danke erstmal für die, wirklich sehr guten, Antworten. Mit dem Widerstand habe ich mir das schon gedacht.
Ist der Widerstand der P-51 eigentlich geringer weil der parasitärer Widerstand niedriger ist oder weil die P-51 z.B. eine höhere Oberflächengüte hat.
Also danke erstmal für die Erkenntnis das die hohe Geschwindigkeit zum großem Teil auf die aerodynamisch Güte zurück zu führen ist.
Was für ein Profil hatte denn dann die Bf-109 denn dann?
War das Laminarprofil zur dieser Zeit also der neuste Schrei?
Nochmal zum Motor? Die Ammis hatten zum Ende des Krieges ja wesentlich stärkere Motoren als die Deutschen, die Versuchsmotoren wie den BMW 805 oder so zähl ich jetzt nicht dazu. Lagen die deut. vom tech. "Know How" zurück oder lag diese Disparität an den Fertigungsmängeln und dem schlechtem Flugbenzin?
Danke für die Geduld:engel:

 

[Ghostbear]

Hier eine Übersicht der Ergebnisse. Die Balken von oben :

Flügel
Rumpf
Kühler und Motor
Heck
Induzierter Widerstand

Man sieht deutlich, dass die "Beulen" den "Braten nicht Fett" machen. Der größte Teil der Bilanz wird von den Tragflächen beigesteuert.

 

[78587?]

Beim weiteren Durchblättern des Buches hab ich gerade gemerkt, dass Hörner den Widerstand der G komplett analysiert hat.... Ich werd das aber alles nicht einstellen. Nur den Anfang und das Ende...

gehören diese Daten jetzt noch zur "G" Analyse.?

 

[Del Sönkos]

@ghostbear:
Ich suche schon seit langem richtige Fachliteratur über die Flugzeuge des WW2. Ich bin bis jetzt immer beim Motoren Verlag hängen geblieben doch irgendwie war ich damit nie richtig zufrieden obwohl die Bücher nicht schlecht sind.
Hast du ev. eine Bücherliste, das Buch aus dem deine Bilder sind scheint ja Klasse zu sein. Ich denke mal, das werden wohl engl. Bücher sein, die deut. Literatur gibt da wohl ned soviel her.
Ich suche Bücher wo die Technik im Vordergrund steht und nicht wann welche Maschiene wohin geflogen ist!
Sönke

 

[Ghostbear]

Ja, die Daten kommen von der G Analyse. Er hat übrigens den Widerstand der Beulen im Text sogar extra in einer Tabelle aufgeführt:

2 blisters on upper wing side:
Area = 0.20 ft^2
CD = 0.1
D/q,ft^2 = 0.020 (corresponding drag area)

Bei Interesse kann ich die entsprechenden Seiten aus dem Buch als pdf verschicken. Kann ich aber erst Morgen machen.

 

[78587?]

Hat er denn auch die "Emil" analysiert, weil er die Daten davon anführt.?

 

[Ghostbear]

Das Buch "Fluid Dynamic Drag" gibt schon eine Menge her, aber so etwas wie eine komplette wissenschaftliche Analyse ist selten. Es gibt eine Menge Bücher, in denen Berechnungsmethoden anhand von Beispielen aus dem WK2 beschrieben sind. Das ist ausschließlich Ingenieursliteratur. Ein paar Beispiele:

Schapitz, Festigkeitslehre für den Leichtbau (Schapitz, ex-Heinkel Statikchef)
Hertel, Leichtbau (Heinrich Hertel, Heinkel, danach Junkers, nach dem Krieg TU-Berlin)
Otto, Entwurf und Berechnung von Flugzeugen Band I-VI (In Band II He 64 Rumpf statisch nachgerechnet)
Schlichting/Truckenbrodt, Aerodynamik des Flugzeugs, Band I&II (viele NACA Profile gerechnet/getestet, DAS Standardwerk der traditionellen Aerodynamik)
Just, Flugmechanik (einige Stabilitätsangaben aus der Flumechanik von ua Me 109, FW 190, Me262, Do 335)

Die Bücher sind, alle wie sie da stehen, keine leichte Kost. Der Just zB ist an die 400 Seiten stark. Das Ding für 3 Seiten zu kaufen, wo zufällig ein Beispiel aus WKII steht, lohnt einfach nicht. Da muß man sich, zB im Rahmen des Studiums mit befassen, damit sich sowas lohnt. Das gilt eigentlich für alle aufgeführten Bücher. Wenn Du so en Ding für 10 Euro im Antiquariat stehen siehst, greif zu....das sind sie definitiv Wert, aber den Schlichting neu von Springer für 250 € zu Kaufen, lohnt nicht.

 

[Ghostbear]

Hat er denn auch die "Emil" analysiert, weil er die Daten davon anführt.?

Nein. Die Daten sind die "principal dimensions", die Motorleistung z.B. ist nach seiner Methode auch nicht wichtig. Ob E, F, G oder K... die 109 bleibt ein aerodynamisch ineffizientes Flugzeug (in Relation zur P-51). Ich kann Dir den ganzen Bericht gerne per Mail zukommen lassen.

 

[Gucumatz]

Rückblick

War das Laminarprofil zur dieser Zeit also der neuste Schrei ?

In den deutschen Entwürfen wohl bereits der gepfeilte Flügel. Der "letze Schrei" war wohl der negativ gepfeilte Flügel der Ju287.

Nochmal zum Motor? Die Ammis hatten zum Ende des Krieges ja wesentlich stärkere Motoren als die Deutschen, die Versuchsmotoren wie den BMW 805 oder so zähl ich jetzt nicht dazu. Lagen die deut. vom tech. "Know How" zurück oder lag diese Disparität an den Fertigungsmängeln und dem schlechtem Flugbenzin?

Laut Bestimmungen des Versailler Vertrages vom 28.06. 1919 war Flugzeug- und Motorenbau in Deutschland defacto unmöglich. Erst ab 1926 konnte man wieder (mit Rückschlag durch die Wirtschaftkrise 1929) neu beginnen.
Dazu waren erstmal viele Motoren Weiterentwicklungen der via Import verfügbaren Rolls-Royce oder Pratt & Witney. Erst nach und nach konnten dann eigene Hochleistungstriebwerke entwickelt und gebaut werden. Was anderes waren Strahl- und Raketentriebwerke, aber hier fehlten einfach die hitzefesten Rohstoffe.

Der Vergleich der Bf109 (Erstflug 1935) mit der P-51 (Erstflug der Merlin-Version im November 1942) muß schon daher hinken. Auch war das Einsatzkonzept ein vollkommen anderes. Die Bf109 war wohl eher als Kurzstreckenunterstützungsjäger der Bodentruppen entwickelt worden. Erst später mußte man sie notgedrungen für die Reichsverteidigung (Einsatz in großen Höhen) bis zum Schluß einsetzen. Dazu hatten die als Langstreckenjäger (Zerstörer) konzipierte Bf110 bereits 1940 gegen die einmotorigen Spitfires und Hurricanes keine Schnitte.
Demgegenüber war die P-51C und D Mustang mit Merlin-Motor das, was die USAAF als schnellen Langstreckenbegleitjäger dringend brauchte. Zzgl. Höhenlader und, und, und.

Wie wäre es mit Büchern aus dem Bernhard & Graefe Verlag, Bonn ?
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KÖNNEN kommt von MACHEN, MACHEN kommt von WOLLEN.

 

[Ghostbear]

In den deutschen Entwürfen wohl bereits der gepfeilte Flügel. Der "letze Schrei" war wohl der negativ gepfeilte Flügel der Ju287.

Und weil das so war, darf ein Graph der Ju 287 auch nicht im Hörner fehlen... ;) :D

Das Flugzeug in der Frontalansicht ist ein Vergleichsflugzeug und soll nicht die Ju 287 darstellen (bevor da Fragen kommen)

 

[78587?]

Ja, die Daten würden mich mal intressieren. Macht es Aufwand.?
Geb Ich dir recht, sowas ist schwere Kost, und im Zölligen System wahrscheinlich noch eins obendrauf.:?!

Wobei Ich da gestehen muss, wenn Ich mir so die Berichte der Luftfahrtforschung von 36-45 ansehe, da muss Ich auch des öffteren passen. Da komm Ich dann nicht mehr mit, bei den Formeln und das noch Seitenweise. Respekt vor den damaligen Rechengenies.

 

[Ghostbear]

Es macht im Prinzip keinen Aufwand, aber ein großes Email-Postfach ist zu empfehlen...3 - 5MB werden es wohl werden. Ich brauch dann nur noch per PN die Mailadresse.

 

[Del Sönkos]

Kann man den Bücher, wenn man sich richtig Zeit nimmt, was anfangen?
Ich war in Physik und Mathe immer gut, es sei denn ich war faul
Da ich nach meiner Ausbildung eh studieren will wäre das für mich wohl echt sinnvoll, nur wie hoch ist das?