Statische Druckmessung am Flugzeug - warum kein Geschwindigkeitsfehler?

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TomTom1969

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Ich verweise gerne nochmal auf Wikipedia, besser kann ich es auch nicht beschreiben: Definition des Staudrucks.

Irgendwas werden sich die Flugzeugbauer schon gedacht haben, wenn sie Pitotsonden verwenden, siehe Link in meinem vorherigen Beitrag.

Ein anderes Beispiel: Eine angepasste Triebwerkdüse. Der statische Druck im Düsenaustritt entspricht dem Umgebungsdruck. Der Triebwerkstrahl weitet sich hinter dem Triebwerk weder auf, noch wird er eingeschnürt.

Thomas
 
TomTom1969

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(...)Man macht eine Energiebetrachtung der Stromlinie aus der Umgebung bis hin vorne zum Pitotrohr(...)
Dann machen wir das einmal: Ein Luftmolekül wird im Staupunkt auf Geschwindigkeit Null abgebremst, kinetische Energie wird in Potentielle Energie umgewandelt. Es gilt pt-ps = rho/2 v[SUP]2[/SUP]. v wird Null, pt bleibt konstant (keine Reibung entlang der Stromlinie), ps steigt auf pt, deswegen spüre ich etwas auf meiner Nasenspitze.
 
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gero

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Ich habe mir inzwischen mal Druckverläufe entlang eines Flugezuges via Simulation im Netz angesehen. In der Tat ist dort entlangt des Rumpfes kaum eine Druckabnahme zu sehen, so dass ein Geschwindigkeitswechsel auch wenig Einfluss haben wird.
Hallo,
noch eine Bemerkung zu den Positionen der Static Ports. Gerade bei den genannten kleinen Flugzeugen ist es durchaus eine Herausforderung, die richtigen Positionen der Static-Ports zu finden. Es gibt durchaus Geschwindigkeitsabhängigkeiten, viel mehr ergeben sich jedoch Druckverfälschungen, die von Schiebewinkeln und vom Anstellwinkel abhängig sind. Am Ende ist die Position dann ein Kompromis. Manch ein Kleinflugzeug (CT2K zum Beispiel) verzichtet sogar auf den Static-Port und verwendet den Kabinendruck als Statischen Druck. Zumindest als Notverfahren habe ich das duchaus schon gelesen (wenn Static im Fluge z.B. zueist, dann das Glas vom Höhenmesser einschlagen)

gero
 
GorBO

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Zumindest als Notverfahren habe ich das duchaus schon gelesen (wenn Static im Fluge z.B. zueist, dann das Glas vom Höhenmesser einschlagen)
gero
Oder es gibt einen Schalter der die Alternate Pressure Source in der Kabine anwählt. Dann hat man beim Umschalten kurz 1000ft/min auf dem Vario stehen und danach ca. 200ft Höhenabweichung.
Dann kann man von einem Einbaufehler sprechen. :wink:
 
Taliesin

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Dann machen wir das einmal: Ein Luftmolekül wird im Staupunkt auf Geschwindigkeit Null abgebremst, kinetische Energie wird in Potentielle Energie umgewandelt. Es gilt pt-ps = rho/2 v[SUP]2[/SUP]. v wird Null, pt bleibt konstant (keine Reibung entlang der Stromlinie), ps steigt auf pt, deswegen spüre ich etwas auf meiner Nasenspitze.
Das ist ja auch richtig und das was ich die ganze Zeit behauptet habe. Der Druck im Staupunkt entspricht dem Totaldruck, der dem Umgebungsdruck entspricht. Der statische Druck ist um den dynamischen Druck reduziert.
Du hast allerdings bisher das hier behauptet:
Taliesin, da liegst Du falsch. Wenn Du Dir eine Pitotsonde anschaust, misst Du vorne den Totaldruck und durch seitliche Bohrungen den statischen Druck. Mit steigender Fluggeschwindigkeit steigt der Totaldruck, der statische Druck bleibt (Messung genau quer zur Strömung angenommen) konstant und entspricht dem Umgebungsdruck, den man auch für die barometrische Höhenmessung braucht.
Und hiermit illustriert:
Wenn ich auf mein Fahrrad steige und nach vorne und zur Seite schaue, spüre ich, Windstille vorausgesetzt, nichts. Fahre ich los und schaue nach vorne, 'drückt' es auf mein Gesicht (Totaldruck). Schaue ich zur Seite, drückt es nicht (statischer Druck). :)

Wenn es so wäre, wie Du sagst, dürfte ich im Gesicht nichts spüren, aber meine Backen würden durch den Unterdruck 'aufgeblasen'. :)
Und das ist falsch.
Für die Höhenmessung braucht man den Umgebungsdruck, der dem Totaldruck entspricht. Den misst man vorne im Pitotrohr und nicht seitlich.
 
Taliesin

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Auszug aus meinem Strömungslehre Script:
 
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gero

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Hallo,

hier noch kurz, wie es bei meinem UL verschlaucht ist.

Ich hab ein ganz simples Saturohr, (Aluröhrchen), das ist mit dem Fahrtmesser verbunden. Es ist in Flugrichtung montiert und vorn offen. Hier liegt der die Summe aus Umgebungsdruck und Staudruck an.
Und dann habe ich an beiden Rumpfseiten jeweils einen "Static Port", die Öffnung ist rechtwinklig zur Flugrichtung. Hier liegt mehr oder weniger der Umgebungsdruck an. Beide Static Ports sind miteinander verbunden und an Vario, Höhenmesser und Fahrtmesser angeschlossen. Soweit ich meinen Fahrtmesser verstanden habe, berechnet er mechanisch die Differenz von beiden Drücken und zeigt das Ergebnis als Geschwindigkeit an.

gero
 
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Für die Höhenmessung braucht man den Umgebungsdruck, der dem Totaldruck entspricht. Den misst man vorne im Pitotrohr und nicht seitlich.
Hast Du Gero's Post gelesen? Die Herausforderung, statische Druckbohrungen ('static ports') zu platzieren für die barometrische Luftdruckmessung, was ja auch den Thread-Starter interessiert? Das Notfall-Procedure, in einem UL den Kabinendruck zu nehmen? Das hat mit Totaldruck nichts zu tun.

Wikipedia ist nicht das Luftfahrttechnische Handbuch, aber die Beschreibungen zum Thema sind ziemlich gut. Hier einmal der Link zum Englischen Eintrag über das 'Pitot Static System', wie es in Flugzeugen Anwendung findet.. Lies Dir bitte mal den Beitrag zur Funktion des 'Altimeter' = Höhenmesser durch. Ich zitiere: "(...) The instrument case of the altimeter is airtight and has a vent to the static port. (...)". Die relevante Messgrösse für die barometrische Bestimmung der Flughöhe ist der statische Druck und die Herausforderung ist, den statischen Druck ohne dynamische Komponente zu messen.
(EDIT: Gero war schneller, ich lass den Absatz trotzdem drin)

Ich glaube, Du bist gedanklich in der Rohrströmung 'gefangen' :). Der Totaldruck der Strömung bleibt, reibungsfreie Strömung angenommen, konstant. Vergrössere ich den Rohrquerschnitt, sinkt die Geschwindigkeit, der statische Druck steigt - und umgekehrt. Wir sind hier aber nicht in einem Rohr, sondern in der Freiströmung. Bitte beachte auch, das ein statischer Druckunterschied eine Ausgleichströmung nach sich zieht. Deswegen mein Beispiel mit der angepassten Düse. Ist die Düse nämlich nicht angepasst, weitet sich der Triebwerkstrahl hinter der Düse auf oder zieht sich zusammen. Das wird jetzt off-Topic, aber das Verständnis von statischen vs Total-Grössen in der Strömungstechnik ist essentiell.

Beste Grüsse
Thomas
 
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Auszug aus meinem Strömungslehre Script:
Nachtrag zu Deinem Skriptauszug. Bitte schau einmal genau, wie p0 definiert ist. Ich glaube nicht, dass das als Umgebungsdruck definiert ist, sondern als der Totaldruck der Strömung - und der bleibt bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit (reibungsfreie Betrachtung) von unendlich vor dem Pitot-Rohr bis zum Staupunkt konstant.

Thomas
 
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Nachtrag zu Deinem Skriptauszug. Bitte schau einmal genau, wie p0 definiert ist. Ich glaube nicht, dass das als Umgebungsdruck definiert ist, sondern als der Totaldruck der Strömung - und der bleibt bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit (reibungsfreie Betrachtung) von unendlich vor dem Pitot-Rohr bis zum Staupunkt konstant.

Thomas
p[SUB]0[/SUB] ist für das Beispiel nicht definiert, ist sonst aber immer Bezugsdruck / Umgebungsdruck, oder Druck für v=0.

Wenn p[SUB]0[/SUB] nicht der Umgebungsdruck ist, oder der Umgebungsdruck nicht gleich dem Totaldruck der Strömung ist, wo kommt der Unterschied her, wenn an der Strömung keine Arbeit geleistet wird?
 
TomTom1969

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Ich bin kein Prof, würde es aber so formulieren: Wenn wir von Arbeit reden, braucht es einen Körper, auf den mechanisch eine Energie übertragen wird. Nehmen wir also ein Luftmolekül als Körper, das von einem Pitot-Rohr erfasst wird und dessen Relativ-Geschwindigkeit zum Pitot-Rohr auf Null abgebremst wird. Damit wird an dem Luftmolekül Arbeit verrichtet, kinetische Energie (rhohalbevauquadrat) in potentielle Energie (Druckanstieg) umgewandelt, der Staupunkt (oder meine Nasenspitze, um im Beispiel zu bleiben) 'erlebt' den Totaldruck (Dein Skript: Gesamtdruck).

Bitte überlege auch einmal anschaulich: Druck ist Kraft pro Fläche. Wenn ich jetzt mit meinem Fahrrad auf 200 km/h beschleunige und der Totaldruck wäre der Umgebungsdruck, dürfte ich in meinem Gesicht keine Veränderung spüren. Ist aber nicht so, wissen wir.

Thomas
 
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p[SUB]0[/SUB] ist für das Beispiel nicht definiert, ist sonst aber immer Bezugsdruck / Umgebungsdruck, oder Druck für v=0.
Naja, p0 ist doch definiert... steht doch auf dem Fotos des Skripts rechts oben: p2 = p0
Da p2 (somit auch p0) eindeutig in der Skizze als Gesamtdruck/Staudruck definiert ist, steht im Skript doch auch das was ich immer behaupte:
Pges = p0 + pdyn (nur das ich p0 als Umgebungsdruck genommen habe)


Jetzt bin ich aber gerade noch etwas verwirrt: Schaut mal bitte das Bild an. Die Energieerhaltung laut Bernoulli würde aber jetzt doch dazu führen, dass man statischer Druck abfällt wenn ich schneller fliege, da laut Bild die Energie dem dynamischen Druck zukommt. Es wird aber sicherlich nicht der Umgebungsdruck abfallen, wenn ein Flugzeug fliegt, hätte ich sonst vom Boden ja schon gemerkt :P

Muss man da zwischen abgeschlossenen Sytem (wie im Bild) und offenes Systems (wie am echten Flugzeug) unterscheiden?

Gruß
 
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Taliesin

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Naja, p0 ist doch definiert... steht doch auf dem Fotos des Skripts rechts oben: p2 = p0
Da p2 (somit auch p0) eindeutig in der Skizze als Gesamtdruck/Staudruck definiert ist, steht im Skript doch auch das was ich immer behaupte:
Pges = p0 + pdyn (nur das ich p0 als Umgebungsdruck genommen habe)
Wenn p[SUB]0[/SUB] der Umgebungsdruck wäre, dann stünde da, dass der Umgebungsdruck dem statischen Druck + Staudruck entspricht.
Ich weiß nicht, was p[SUB]0[/SUB] in diesem Fall sein soll, p[SUB]0[/SUB] ist normalerweise der Umgebungs- oder Referenzdruck.
Die Erklärung von Thomas macht schon Sinn, dass durch den Aufstau und die Beschleunigung vor dem Pitotrohr Arbeit am Fluid verrichtet wird und deshalb der Druck höher ist als der Umgebungsdruck. Ich bin mir aber 100%ig sicher, dass wir das anders gemacht haben und das Script suggeriert das ja auch so.
Jetzt bin ich aber gerade noch etwas verwirrt: Schaut mal bitte das Bild an. Die Energieerhaltung laut Bernoulli würde aber jetzt doch dazu führen, dass man statischer Druck abfällt wenn ich schneller fliege, da laut Bild die Energie dem dynamischen Druck zukommt. Es wird aber sicherlich nicht der Umgebungsdruck abfallen, wenn ein Flugzeug fliegt, hätte ich sonst vom Boden ja schon gemerkt :P

Muss man da zwischen abgeschlossenen Sytem (wie im Bild) und offenes Systems (wie am echten Flugzeug) unterscheiden?

Gruß
Der Umgebungsdruck entspricht dem statischen Druck, weil die Energie für die Bewegung nicht aus dem Fluid kommen muss, sondern vom Flugzeug geleistet wird. Weil in einem Rohr aber keine Arbeit geleistet wird, muss dann der Druck sinken, sonst ist die Energieerhaltung nicht mehr gewährleistet.
 
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