Auftriebshilfen an der Vorderkante

Diskutiere Auftriebshilfen an der Vorderkante im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Hallo, ich habe eine Frage und hoffe ich finde hier ein paar Antworten: Ich muss mich im Rahmen des Studiums mit Auftriebshilfen an der...

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  1. #1 wollcke, 07.12.2010
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    Hallo,

    ich habe eine Frage und hoffe ich finde hier ein paar Antworten:

    Ich muss mich im Rahmen des Studiums mit Auftriebshilfen an der Tragflügelvorderkante beschäftigen. Im Zuge dessen habe ich begonnen, ein wenig in meinen Skripten zu blättern und versucht im Internet mich in die Sache einzulesen. Dabei bin ich auch promt gestolpert...

    Ich glaube zu verstehen, dass der Auftriebsbeiwert (CL) eine Funktion des Anstellwinkels ist. Je mehr AOA ich anlege (natürlich nur bis zu einem bestimmten Wert), desto größer wird mein CL.

    Jetzt habe ich hier in meinem Skript ein Diagramm auf dem die CL-Werte über den Anstellwinkel aufgetragen sind. Gezeichnet sind drei Verläufe für clean configuration und mit gefahrenen flaps. Zu sehen ist, dass bei gleichen Alpha die Werte für CL steigen. Soweit so gut. Schlage ich jetzt bei Wikipedia nach, bekomme ich diese Antwort:

    "Das Ausfahren der Vorflügel ermöglicht es dem Flugzeug, in einem steileren Anstellwinkel zu fliegen. Da der Auftrieb ein Produkt aus Anströmwinkel und Geschwindigkeit (im Quadrat) ist, ermöglicht dies dem Flugzeug speziell bei der Landung oder bei anderen Manövern nahe an der Strömungsabrissgrenze noch langsamer zu fliegen als nur mit Landeklappen. [...]"

    Das verstehe ich nicht ganz. Ich hatte es so verstanden, dass ich mit den gefahrenen Slats (oder auch Flaps, der aerodynamische Grundgedanke müsste doch der Selbe sein?!) mehr Auftrieb unter gleichen AOA bekommen... :confused:

    Ich steh noch am Anfang meiner Arbeit, wenn mir jemand mit einer detaillierten Antwort helfen könnte, wäre das fabelhaft! :)

    Wollcke
     
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  3. #2 Schorsch, 07.12.2010
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    Einfach gesagt:
    Hinterkantenklappen erhöhen den Auftrieb bei gleichem Anstellwinkel, Die CA-Alpha Kurve wird parallel verschoben.
    Vorderkantenklappen ermöglichen einen höheren maximalen Anstellwinkel, aber ich habe bei einem bestimmten Anstellwinkel den gleichen Auftrieb.
    In Kombination erzielen beide das beste Ergebnis.
     
  4. #3 wollcke, 07.12.2010
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    Oke, soweit habe ich es verstanden. Slats - bzw. Slots - sorgen dafür, dass die Strömung auf der Oberseite zu einem späteren Zeitpunkt abreißt und ich somit einen höheren Anstellwinkel erfliegen kann und demnach auch meinen CL steigern kann, richtig?!

    Was mir noch nicht ganz klar geworden ist, ist der Effekt, weshalb Slats/Slots dafür sorgen, dass die Strömung bis zu einem höheren Alpha anliegt. Yellow Cab schreibt, dass man die Strömung auf der Oberseit mit neuer Energie versorgt. Das kann ich mir noch nicht so recht vorstellen... Gibts da noch eine weiterführende Erklärung?

    Das mit der Zeichnung würde ich gerne wahrnehmen! :)

    Vielen Dank euch beiden!

    Gruß,

    Wollcke
     
  5. #4 Taliesin, 07.12.2010
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    Die Erklärungen von Schorsch und Yellow Cab waren ja schon ziemlich gut, ich habe dazu nur noch eine kleine Grafik beizusteuern
     

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    wollcke gefällt das.
  6. #5 Nibbler91, 07.12.2010
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    Zu den Ausführungen meiner Vorredner bezüglich der Slats könnte man evtl noch hinzufügen, dass durch den Spalt zwischen Slat und Leading Edge der Tragfläche auf Grund des Venturi Effektes die Luft beschleunigt wird und die Grenzschicht somit verstärkt wird.
    Schliesslich strömt die Luft (zwischen Slat und Flügelvorderkante) ja durch eine Querschnittsverengung und das sorgt ja schliesslich für eine schnellere Luftströmung.
    Und die Strömungsgeschwindigkeit geht ja schliesslich mit dem Quadrat in den Auftrieb ein.
    Sollte ich irren, korrigiert mich bitte bevor ich hier für Verwirrung sorge ;)

    Gruss, Nibbler
     
  7. #6 Taliesin, 07.12.2010
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    Soweit ich weiss geht diese Geschwindigkeit aber nicht in die Auftriebsrechnung ein. Wäre mal interessant wenn ein Aerodynamiker aufzeigen könnte warum nicht, aber das führt vielleicht zu weit ;)
    Die Vorflügel sorgen nur dafür, dass die Strömung länger anliegt und Ca max und alpha erhöht werden können, sie steigern nicht aktiv den Auftrieb
     
  8. #7 Nibbler91, 07.12.2010
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    Also Aerodynamiker bin ich sicherlich nicht aber ich stimme Dir da voll und ganz zu - wäre super, wenn sich mal ein Aerodynamiker dazu äußern könnte, wenn die Strömungsgeschwindigkeit tatsächlich nicht in Auftriebsformel eingeht.
    Hier mal kurz die Auftriebsformel so, wie sie mir beigebracht wurde:

    L = 1/2 * rho * v² * A * CL

    L = Lift (klar ;))
    rho = Luftdichte
    v² = Strömungsgeschwindigkeit ²
    A = Fläche (2-dimensional ohne Berücksichtigung der Wölbung)
    CL = Auftriebsbeiwert (auch klar).

    Also auf diese Formel beruht meine Aussage. Wenn jetzt jemand sagt das wäre falsch freue ich mich natürlich wieder was gelernt zu haben allerdings bringt das auch meine kleine, heile Welt ein wenig durcheinander :D
    Gruss, Nibbler
     
  9. #8 Taliesin, 07.12.2010
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    Die Formel ist ja auch richtig. Ich habe das davor so verstanden, wie als würde deiner Meinung nach die auf die Oberseite gedüste Luft den Auftrieb verstärken, weil sie beschleunigt wird und dadurch der Druck sinkt. Das ist meiner Meinung nach nicht der Fall, weil man das ganz klar im Ca Diagramm sehen müsste, ich kann aber nicht genau erklären warum es nicht wirksam ist. Ich habe die Vermutung, dass es damit zusammenhängt, dass der Druckgradient über die Grenzschicht Null ist und das hier trotz Eindüsung auch der Fall ist, aber dazu müsste ich mir Grenzschichttheorie der Strömungslehre nochmal angucken.
    Die Flügelfläche ist von oben gesehen relevant, weil der Auftrieb in die Richtung wirkt.
     
  10. #9 Nibbler91, 07.12.2010
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    @Taliesin:
    Also in erster Linie ging es mir um die Verstärkung der Grenzschicht aber ich muss auch gestehen, dass ich auch davon ausgegangen bin, dass durch den Spalt der Auftrieb nochmal erhöht wird denn durch die beschleunigte Strömung sinkt der statische Druck ja nochmal weiter. Aber vielleicht hab ich da auch einfach was falsch verstanden.
    @YellowCab:
    Das meinte ich mit 2-dimensional. Mein Lehrbuch beschreibt es so dass die Fläche relevant ist, die dem Schatten des Flügels auf dem Boden entspricht, wenn das Licht direkt von oben draufscheinen würde (das Flugzeug natürlich am Boden und nicht in der Luft ;))

    Gruss, Nibbler
     
  11. #10 Taliesin, 07.12.2010
    Zuletzt bearbeitet: 08.12.2010
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    Wie gesagt, das müsste man im Ca Diagramm sehen. Dann würde sich der Graph nach oben verschieben bei gleichem Anstellwinkel, aber das tut er nicht.
    Da gibt's aber auch verschiedene Philosophien. Boeing nimmt die reine Flügelfläche, Airbus verbindet die Flügel und nimmt die Fläche dazwischen als Flügelfläche mit.
     
  12. #11 Nibbler91, 07.12.2010
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    Ich meinter damit eigentlich nur dass eben die Wölbung nicht berücksichtigt wird. Wenn man die Fläche ausmessen würde und ein Maßband auf die Aussenhaut des Flügels legen würde, würde man ja auf Grund der Krümmung eine grössere Fläche berechnen, als wenn man das so macht wie es YellowCab oder auch mein Lehrbuch beschrieben haben ;)
    Das es da verschiedene Philosophien gibt ist ne recht interessante Information - das wusste ich noch nicht, aber ich denke, dass Airbus dann auch nur diese direkte "Draufsicht" als Fläche nimmt, oder?
    Allerdings weichen wir gerade ziemlich vom Thema ab ;)
    Gruss, Nibbler
     
  13. #12 Acanthurus, 11.12.2010
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    Um nochmal auf die eigentliche Eingangsproblematik einzugehen: bewirkt eine Vorderkantenklappen eine unmittelbare Erhöhung des Auftriebsbeiwertes bei gleichem Anstellwinkel oder nicht?

    Die stark vereinfachte Lehrmeinung hat Schorsch wiedergegeben:
    Die VK-Klappe erhöht den Auftrieb zunächst NICHT, ermöglicht aber höhere Anstellwinkel (und damit höheren Maximalauftrieb).

    Hier kommt es aber auf die exakte Betrachtungsweise an, nämlich WAS man als Anstellwinkel verwendet. Eine Grundsatzdefinition aus der Profilaerodynamik ist ja "Winkel zwischen Anströmung im Unendlichen und der Sehne, d.h. der verbindungslinie VK zu HK"

    Schlägt man diem Klappe aus, verändert sich aber streng genommen diese Sehnenrichtung. bezieht man sich also auf die URSPRÜNGLICHE Sehne, so erhält man ein anderes Ergebnis als wenn man sich zur "neuen" Sehne bezieht. Bei letzterer Betrachtungsweise ist der nominelle Anstellwinkel ein kleinerer. erhöht man also den Anstellwinkel soweit, dass man wieder den ursprünglichen Anstellwinkel (nach Definition) erhält, so steigt auch der Auftriebsbeiwert.

    Bezieht man sich jedoch immer auf den Anstellwinklel des Clean-zustandes, so ändert sich am Auftriebsbeiwert weniger (achtung, nicht "gar nicht", wie die Lehrmeinung manchmal sagt, das ist eben eine starke Vereinfachung, so oder so)

    Um die Verwirrung zu komplettieren: die schlimmste Sorte der der Hardcore-Aerodynamiker bezieht den Anstellwinkel ggf. nicht auf die Sehne, sondern auf die Nullauftriebsrichtung des jeweiligen Profils... und die ändert sich natürlich noch viel "schwieriger", wenn man sie auf die tatsächlichen Verhältnisse (profil mit und ohne Klappe) anpasst.

    Für die (von der Aerodynamik etwas entkoppelte) Betrachtungsweise des Flugzeugentwurfes ist sicher die "relativ zur Sehne des clean-profils"-definition, wie Schorsch sie implizieert, die geeignetste - oder eine sonstige FESTE Bezugsachse (längsachse LFZ etc.)

    Lange Rede, kurzer Sinn: Cl-Alpha-Diagramme sollten, wenn unterschiedliche Konfis betrachtet werden, genau annotiert werden, um klarzustellen, welche der uneinheitlichen Definitionen man darin verwendet.

    gruß
    a.p.
     
  14. #13 Schorsch, 11.12.2010
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    Das machen beide, nur die frage ist, wie man die Fläche dazwischen definiert. Entweder, man zieht einen senkrechten Strich von Vorderkante zu Vorderkante, oder aber man verlängert die Vorderkante bis zur Mittellinie (bei null Pfeilung wären dann beide wieder gleich). Frag mich aber nicht wer welche von beiden nimmt.
     
  15. #14 wollcke, 27.12.2010
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    Hallo,

    vielen Dank für die Antworten. Die Ausführungen zu den Slats konnten mir weiterhelfen!

    Ich gucke mir jetzt gerade die Funktionsweise von Krüger-Klappen an. Hier im Forum habe ich auch bereits was gefunden, was mir aber nicht ganz klar geworden ist, erhöhe ich mit dem Betätigen der Krüger-Klappen nur die Flügelfläche und damit den Auftrieb - oder drehe ich mit dem Einsatz von K-Klappen auch noch an anderen Parametern wie z.B. der Krümmung?

    Danke im Voraus und Gruß,

    Wollcke
     
  16. Hirsch

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    Um dem Beitrag #16 von @acantharus zu folgen: der vordere "Durchgangspunkt" der Profilsehne schiebt sich beim Betätigen der Krügerklappe nach vorn. Damit wird unter "normalen" Verhältnissen der Anstellwinkel (als Winkel zwischen Sehne und Anströmrichtung) sofort verändert und kleiner werden.
     
  17. #16 wollcke, 27.12.2010
    Zuletzt bearbeitet: 27.12.2010
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    Ich weiß was Du meinst, aber beim Versuch die Sache zu verstehen, hilfts mir nicht weiter... :/

    Wenn ich die Krüger-Klappen betätige, verändere ich den Winkel zwischen Anströmung und Profilsehe... (er wird kleiner, sofern man sich auf sich auf die ursprüngliche Betrachtungsweise beruft). Jetzt könnte ich die Nase wieder etwas hoch nehmen, da ich ja den max. Anstellwinkel zu größeren Werten verschoben habe. Die Folge wäre mehr Auftrieb. Beim Slat kann ich den Winkel erhöhen, in dem ich die Energiearme der Strömungd der Oberseite mit zusätzlicher Energie von unten versorge... und so ein Abriss hinauszögere... Aber welchen Effekt macht sich jetzt der Krüger mit seiner Platte zu nutze?!

    Gruß!
     
  18. #17 wollcke, 28.12.2010
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    Hat keiner eine Idee? Ich habs Internet schon durchforstet. Im Truckenbrodt fand ich auch nichts passendes. Langsam gehen mir die Ansätze aus.
     
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  20. #18 Acanthurus, 29.12.2010
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    Ganz einfach: eine Krügerklappe ist SIMPEL. Das wars auch schon. Sie hat keine besonderen aerodynamischen Vorteile, keinen Zauber, kein Kline-Foglman-abrakadabra, nichts. Sie hat grob dieselben Auswirkungen wie eine "gewöhnliche" Wölbungserhöhung im Nasenbereich (z.B. durch Nose drooping, gewöhnliche VK-Klappen usw), ist aber technisch sehr einfach aufzubauen.
    Generell sollte man sich in der (Unterschall)aerodynamik vor solchen Pauschalisierungen wie "diese Klappe erlaubt größere Anstellwinkel, ohne den Auftrieb direkt zu beeinflussen" hüten, das hat nur in Leerbüchern hin, nie aber in der Praxis.
     
  21. #19 wollcke, 04.01.2011
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