Rumpfeinschnürung

Diskutiere Rumpfeinschnürung im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Hallo, nun hab ich mal eine technisch/aerodynamische Frage die so hoffentlich noch nicht behandelt wurde. Ich glaube Ende der 50er Jahre war...

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  1. #1 thomas1968, 01.11.2006
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    Hallo,

    nun hab ich mal eine technisch/aerodynamische Frage die so hoffentlich noch nicht behandelt wurde.
    Ich glaube Ende der 50er Jahre war es doch „in“ Flugzeugen eine Coke-Bottle Form zu geben, also einen eingeschnürten Rumpf um den Rumpfquerschnitt im Bereich der Tragflächen einigermassen gleich zu halten. Die Gründe hierfür waren dass das Flugzeug dann einen geringeren Luftwiderstand hatte.. Beispiele: F-102, F-5 und andere...
    Warum macht man das heute nicht mehr ? Ich mein, die aerodynamischen Gesetzte dürften sich ja nicht geändert haben :D , aber wenn man sich beispielsweise einen Eurofighter ansieht, dann wird dort der Rumpf nach hinten hin immer voluminöser, also das glatte Gegenteil einer Cokebottle Form...
    Die einzige Erklärung die mir hierzu selber einfällt wäre die, dass heutige Triebwerke so viel Leistung haben bzw. verbrauchsgünstig bei hoher Leistung sind dass sich diese Einschnürung nicht mehr lohnt, da so was natürlich auch mit Nachteilen verbunden ist (weniger Rumpfinnenraum, aufwendigere Konstruktion...).
    Liege ich da mit meiner Vermutung richtig, oder gibt’s auch noch andere Gründe warum man das heute nicht mehr praktiziert ?

    MfG
    thomas
     
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  3. #2 Block 5OM, 02.11.2006
    Zuletzt bearbeitet: 02.11.2006
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    Coke-Bottle-Form?:?!
    Ich glaube, bei uns hieß das Wespen-Taille.:)
    Ist doch irgendwie erstaunlich, welche Vergleiche so entstehen.
     
  4. #3 Acanthurus, 02.11.2006
    Zuletzt bearbeitet: 02.11.2006
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    Hi..

    die "Wespentaille" ist ein Resultat der sog. Flächenregel, deren Entdeckung in der Literatur heutzutage oft dem Amerikaner Richard Whitcomb (Whitcomb-Profile sind die Urväter der transsonischen Profile gewesen) in den 50ern zugeschrieben wird. Das könnte man aber als "Siegerjustiz" ansehen, denn tatsächlich stammt die Idee dazu wieder mal aus Deutschland (Frenzl, Junkers-Werke noch in WW2).
    Die Idee dahinter ist, dass ein FLugzeug genau dann einen minimalen Wellenwiderstandsanstieg im schallnahen bereich hat, wenn der Verlauf des Nettoquerschnittes des Flugzeugs, welcher im Schnitt des Mach´schen Kegels entlang der Längsachse des Flugzeuges mit der Flugzeuggeometrie entsteht, eine bestimmte, aber v.A. GLEICHMÄSSIGE Verteilung aufweist. Die Querschnittsflächenzunahme durch den Flügel muss also durch eine Querschnittsabnahme des Rumpfes kompensiert werden.
    Im Überschallbereich soll der "Netto-Körper, d.h. die Anreihung der Querschnitte, dem verlauf der sog. Von-Karman-Ogive, auch bekannt als Sears-Haack-Körper, folgen.

    Die Flächenregel lässt sich sowohl im schallnahen Unterschallbereich anwenden (der SChnitt erfolgt dann senkrecht zur Längsachse) oder aber auch im Überschall (SChnitt entlang des Mantels des Machßschen Kegels).

    Bei einer Konfiguration wie dem Eurofighter findet man sowas nicht, aus unterschiedlichen Gründen:

    - die Flächenregel lässt sich normalerweise nur auf EINE Machzahl optimieren. Das ist dann normalerweise der Reiseflug, oder wenn eine besonders hohe Spitzengeschwindigkeit gefordert ist, eben die höchste erreichbare Machzahl. Da ein Jagdflieger aber viele verschiedene Einsatzgeschwindigkeiten beherrschen muss, kann die Optimierung schlecht durchgeführt werden
    - die Delta-Geometrie des Flügels verursacht eine gleichmässige Querschnittszunahme und hat v.A. kaum mehr RUmpf hinter der Hinterkante.. es gibt also nur wenig einzuschnüren, und nach der Einschnürung nix mehr aufzudicken.
    - der Aerodynamiker hat nicht unbedingt das letzte Wort, wenn es um die Ausgestaltung der äußeren geometrie geht. Es muss eben alles reinpassen, was rein soll, und die Festigkeit muss auch stimmen...

    gruß

    A.P.
     
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  5. #4 Schorsch, 02.11.2006
    Zuletzt bearbeitet: 02.11.2006
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    Schönes Thema! :TOP:

    Nebst den guten und (für mich) lehrreichen Anmerkungen meines Vorredners, noch einige Gedanken von mir.

    Frühere Flugzeuge hatten tatsächlich deutlich schwächere Triebwerke und hatten insbesondere Probleme, über den Widerstandspeak bei Mach 1 zu überwinden. Hinter Mach 1 nimmt der Widerstandsbeiwert wieder ab.

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    Als kleine Fleißaufgabe für geneigte Leser: Man schaue sich Verhältnis Schub-zu-Gewicht (SzG) an von frühen Strahljägern mit deutlicher Flächenregel (F-102, F-106, F-5, F-105) und bestimme mal deren (statisches) SzG.

    Viele frühe Unterschallflugzeuge benutzten die Regel, um die Spitzengeschwindigkeit etwas zu erhöhen (F-11, Buccaneer, Victor).

    Bei manchen Entwürfen kann man schelmig vermuten, dass man wegen Widerstandsproblemen nach dem Motto "Mehr hilft mehr" vorgegangen ist.

    Zu guter letzt: CFD war damals der Traum der schlaflosen Nächte des Aerodynamikers, heute eben der wahrgewordene Alptraum der wachen Stunden des Aerodynamikers.
     
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  6. #5 Acanthurus, 02.11.2006
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    Hi..

    man muss dazu sagen dass die oftmals dargestellte Flächenregel "der Wellenwiderstand ist GLEICH, wenn der SChnittflächenverlauf gleich ist" schlicht falsch ist. Die Widerstände sind nicht gleich wie beim Sears-Haack-Körper, aber man erreicht eben auch so etas wie ein Optimum.
    Neben der (einfachen) Flächenregel gibt´s dann noch die differentielle Flächenregel. Dabei wird die Einschnürung oberhalb und unterhalb des Rumpfes ungleichmässig verteilt um der tatsache Rechnung zu tragen, dass das Ding ja nicht nur Wellenwiderstand in Folge der Rumpfverdrängung hat, sondern auch Wellenwiderstand infolge des zum Fliegen erforderlichen Auftriebes erzeugt.

    @Schorsch: Das Diagramm kommt mir aber im Überschallbereich SEHR optimistisch vor... was genau ist da dargestellt, d.h. welcher Widerstandsanteil?

    "Normale" Profile haben jenseits der kritischen Machzahl einen Widerstandsbeiwertsanstieg auf ein Vielfaches ihres (inkompressiblen) Wertes.


    gruß

    A.P.
     
  7. #6 Schorsch, 02.11.2006
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    Es handelt sich wohl um den Nullwiderstand. Als fauler Sack habe ich nach dem gegriffen, was in Mausreichweite war, und das war ein altes FM-Skript von mir. Ich habe deutlich bessere Daten zur Verfügung, falls Interesse besteht, kurz was ins Postfach tossen.
    http://www.flugzeugforum.de/forum/showpost.php?p=500689&postcount=18
     
  8. #7 thomas1968, 02.11.2006
    Zuletzt bearbeitet: 03.11.2006
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    @Acanthurus & Schorsch

    Dank euch beiden, jetzt wird mir die Sache etwas klarer :red:

    Vor allem das hier:
    hab ich so noch nie gelesen, erklärt aber vieles.:TOP:

    Auch gut daß die Buccaneer angesprochen wurde, die wäre mir vermutlich eh die nächsten Tage in den Sinn gekommen (weil Einschnürung aber kein Überschall) - aber Dein Text, Schorsch, erklärt das ja...:TOP:


    thomas
     
  9. #8 Acanthurus, 03.11.2006
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    Hi..

    die Flächenregel "funktioniert" auch im hohen Unterschall, denn bereits wenn die tatsächliche Flugmachzahl noch nicht 1 erreicht hat treten im Strömungsfeld bereits Strömungsgebiete mit lokaler Überschallgeschwindigkeit auf. Je nach Geometrie kann das schon bei Mach0.7 losgehen. Durch die Einschnürung kann man die untere kritische Machzahl (das ist die, ab der lokal überschall entstehen kann) weiter nach oben verschieben, und man reduziert den sog. "Drag creep", d.h. das allmähliche, aber kräftige Ansteigen des Widerstandes. In dem von Schosch geposteten Diagramms würde das bedeuten dass die linke, ansteigende Flanke steiler ist und weiter rechts 8be größeren Machzahlen) beginnt.
    Sowas ist z.B. auch für Airliner interessant. Da man da aber aus transportlogistischen Gründen keine Rumpfeinschnürung will hat man sich früher z.T. mit Verdrängungskörpern an Flügeln beholfen. Ich hab jetzt grad kein gutes Beispielbild vorhanden, meine mich aber zu erinnern dass das insbesondere bei russischen Airlinern verbreitet war. Die Verdrängungskörper bieten zudem praktischen Platz für Klappen-Aktorik.

    gruß

    andi
     
  10. #9 Markus_P, 03.11.2006
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    Hallo,

    ja die gute alte Convair CV-990, die galt fast schon als die Corvette unter
    den Linern. Noch ne Quarkstulle mehr und die wäre ein Überschallflieger
    geworden.:FFTeufel:
    Gruß Box29
     
  12. #11 Schorsch, 04.11.2006
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    Es hätte eine sehr große Quarkstulle sein müssen. Allerdings müssten gemäß den Auslegungsrichtlinien die CV-880/990 eine überschallschnelle Dive-Speed nachweisen. V_D = V_MO * 1.15 bzw. * 1.07.
    Weiß jemand was dazu?
     
  13. #12 Aeronaut, 04.11.2006
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    Ein sehr informativer Thread zur Flächenregel !

    Das mit den Verdrängungskörpern bei Verkehrsflugzeugen war mir neu. Danke auch für das interessante Bild der Convair.

    Dabei drängt sich mir sofort die Frage auf :

    Der Buckel bei der 747 muß doch dann auch entsprechenden Einfluß haben ?

    Und die Verlängerung desselben muß dann doch auch entsprechende Veränderung der Aerodynamik bewirkt haben ?

    Weiß jemand dazu näheres ?

    Vielen Dank und viele Grüße

    Hans
     
  14. #13 VJ101, 04.11.2006
    Zuletzt bearbeitet: 04.11.2006
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    Ja ich:cool:

    Wie ja schon hier erwähnt, gilt die Flächenregel nur im supersonischen Bereich, wurde aber trotzdem auch auf den hohen Unterschall übertragen. Zu Beginn übrigens ohne experimentelle oder theoretische Grundlagen. Später durchgeführte experimentelle Untersuchungen an der 747 ergaben bei Modifikation des Bugwulstes eine merkliche Erhöhung der Machzahl des Widerstandsanstieges.
    Im Bild ist die Flächenregel für die 747 mit erweiteretem Bugwulst dargestellt.
     

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  15. #14 VJ101, 04.11.2006
    Zuletzt bearbeitet: 04.11.2006
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    Und im nachstehenden Diagramm ist der Einfluss des erweiterten Bugwulstes (gestrichelte Linie) aufgetragen. Mit erweitertem Bugwulst ist der Widerstand bei höheren Auftriebsbeiwerten bei etwa Ma 0,8 sogar geringfügig höher als mit normalem Bugwulst, im Reiseflug dürfte der CA-Wert aber niedriger als 0,5 liegen. Im Schallnahen Bereich bei Ma 0.9 steigt der Widerstand deutlich später an und zwar für alle Auftriebsbeiwerte. Für weite Strecken bei hoher Ma-Zahl bringt das also schon deutliche Vorteile.

    Die Diagramme sind aus dem Skript "Aerodynamische Auslegung von Profilen und Tragflügeln" von Prof. Wagner, Uni Stuttgart; als Quelle wird dort L.T. Goodmanson und L.B. Gratzer (1973) angegeben.
     

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  16. #15 Der Flieger, 04.11.2006
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    Sehr interssantes thema... also noch einmal wegen dem eurogeier: ich denke nicht, dass die flächenregel ganz ausser acht gelassen wurde und das aus diesem grund: der eurogeier ist hinten zwar schon breiter, aber schaut euch mal die höhe an. vergleicht mal die höhe des rumpfes am flügelanfang (beim 2-sitzer ist es noch extremer) und die höhe des rumpfes am ende des eurogeiers... ich denke ihr wisst, was ich meine, nämlich dass dies EV. mehr oder ähnlich viel ausmacht (fläche des querschnitts), wie die breite des rumpfes...:?! :?! :?!
     
  17. VJ101

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    Ich stimme Flieger zu, allerdings finde ich den Umstand bedeutender, dass der Einlauf sehr breit ist und sich diese Breite bis zu den Düsen durchzieht und der Rumpf auf der Oberseite schmal anfängt und breiter wird. Eventuell ist hier zumindest in Ansätzen die "differentielle" oder auch "nicht-achsensymmetrische" Flächenregel zur Anwendung gekommen. Das bedeutet, dass durch die Definition einer Teilungsebene die oberen und unteren Querschnittsflächen getrennt optimiert werden. Dadurch kann eine Kompromisslösung zwischen minimalem Nullwiderstand und auftriebsabhängigem Widerstand gefunden werden. Zusätzlich können die Einflüsse der Einlaufströmung vorteilhaft für die Unterseitenoptimierung und alle Probleme der Strömung an den Düsenöffnungen in die Oberseitenoptimierung einbezogen werden. Der Einlauf beim EF ist ja auch auf der Unterseite, die Düsen auf der Oberseite, wenn man die Tragflächen als Teilungsebene annimmt.
    Zur Verdeutlichung hab ich eine Grafik beigefügt, die wieder aus dem Skript vom Prof. Wagner stammt und die Anwendung der differentiellen Flächenregel nach P. Sacher (1979) zeigt. Ich denke die Ähnlichkeit zum EF ist nicht unbedingt zufällig...
     

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  18. #17 Der Flieger, 05.11.2006
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    Ja, die ähnlichkeit mit dem ef muss wirklich nicht zufall sein...
    egal, ich bin ganz deiner meinung: beim f-5 tiger kommt sowas nämlich auch vor. ich setze gerade ein 40cm modell eines tiger zusammen und da kann man deutlich sehen, dass der rumpf nur auf der oberseite zusammengeschnürt ist (der tiger ist in bezug auf die wespentaille sowieso ein interessantes modell: denkt an die zusatztanks des f-5a:TOP: ).
     
  19. #18 tigerstift, 05.11.2006
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    Trifft dies auch auf ein Superkritsches Tragflächenprofil zu? Dort findet man ja auch im hinteren Teil des Profils eine "Einschnürung". Oder habe ich einen denkfehler:?!

    Auf jeden Fall, super erklärt Andi :TOP:
     
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  21. #19 VJ101, 05.11.2006
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    Nein die Einschnürung an superkritischen Profilen hat eine andere Bedeutung. Die Verwendung eines superkritischen Profils reduziert den im hohen Unterschall auftretenden Verdichtungsstoß auf der Oberseite des Profils (wegen lokaler Überschallgeschwindigkeit auf dem Profil) oder vermeidet ihn sogar gänzlich, zusätzlich wird durch die flache Oberseite noch der Druckanstieg hinter der Schockwelle gemindert, damit der Widerstand insgesamt abnimmt. Durch die notwendige Formgebung des Profils mit flacher Oberseite reduziert sich aber auch der Auftrieb. Dies wird durch eine erhöhte Wölbung im Nasenbereich und durch die Konkavkrümmung im hinteren Bereich auf der Unterseite ausgeglichen. Daher die von dir angesprochene "Einschnürung".
     
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  22. #20 tigerstift, 05.11.2006
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    Wie ich es mir gedacht habe, dachte bloß es könnte etwas damit zu tun haben.

    Danke:TOP:
     
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