Statische Druckmessung am Flugzeug - warum kein Geschwindigkeitsfehler?

[mbbbk117]

Hallo zusammen,

ich habe mich vor kurzem mit der statischen Druckmessung am Flugzeug beschäftigt. Als Beispiel fällt mir da eine DR400 oder C172 ein, bei welcher der static port seitlich am Rumpf sitzt, um für den Höhenmesser den statischen Druck zu messen.

Nun wird aber der Bernoulli Effekt oft in der Aerodynamik verwendet, um die Druckabnahme bei hohen Fließgeschwindigkeiten der Luft zu begründen. Soweit ich weiß, mach es keinen Unterschied, ob sich ein Flugzeug durch das Medium bewegt, oder das Medium an dem Flugzeug vorbeiströmt (Prinzip des Windkanals).

Daher meine Frage: Wenn ich mit einem Flugzeug schneller fliege, wird sich ja die Druckmessung am static port nicht verändern (also abfallen weil die Geschwindigkeit steigt - Bernoulli), da sonst der Höhenmesser flasche Werte liefert.

WO IST MEIN DENKFEHLER?

Danke und Gruß

Michi

 

[Lancer512]

Ich denke mal, die sind so konstruiert und an Stellen plaziert, damit so etwas eben nicht passiert.

 

[MiG-Admirer]

Herzlich Willkommen im FF, dem Forum, das Liebhaber der Luftfahrt und Luftfahrzeugen aller Art vereinigt mit dem Ziel, emotional darüber in Worten und Bildern und auch durch sie verkörperten Modellen sich auszutauschen und miteinander in Kontakt zu kommen.

Nun haben alle unterschiedliches Wissen, Können und Erfahrungen auf diesem Gebiet und so freuen wir uns, wenn neue User ein wenig Esprit reinbringen.

Ich bin überzeugt, das sich hier Experten finden werden, die Dich in Deiner Dissertation sachkundig unterstützen werden.
Zunächst ein wenig Grundlagenwissen:

https://www.google.de/search?q=static+port&espv=2&biw=1920&bih=955&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwirl6Hp5I7KAhWDew8KHTxTD-kQsAQIMQ

https://de.wikipedia.org/wiki/Strömung_nach_Bernoulli_und_Venturi

https://www.youtube.com/watch?v=K0aPuLn76H0

Warum bloß kann ich in Deiner Frage das Fragezeichen nicht erkennen?
Vielleicht, weil ich kein richtiger Pilot bin ...

 

[jbodenr]

Hallo Michi und willkommen im FlugzeugForum!

Es gibt natürlich den von dir angesprochenen Fehler aufgrund des Bernoulli-Prinzipes, und dieser wird bei der Konstruktion/Platzierung des Statik-Ports bzw. in den zulässigen Toleranzen berücksichtigt. Vermutlich sprichst du ein wenig Englisch und kannst die Grundlagen hierzu in folgendem Wikipedia-Artikel nachlesen: https://en.wikipedia.org/wiki/Position_error

Gruss,
jbodenr

 

[cool]

WO IST MEIN DENKFEHLER?

Nirgends, du hast richtig gedacht. Wie jede andere praktische Messung auf dieser Welt ist auch diese fehlerbehaftet. Bei Flugzeugen mit weitem Geschwindigkeitsbereich werden ja mittlerweile Air-Data-Computer verwendet, diese korrigieren zumindest teilweise den Einfluss durch die Position ect. Nennt sich dann eine "Static Source Error Correction".
Man liest darüber unterschiedliche Dinge im Inet, meines Wissens werden Einbauposition allgemein (die Rechner können ja in verschiedenen Typen verwendet werden), Anstellwinkel und Flapposition berücksichtigt. Fluggeschwindigkeit und Höhe sind eigentlich keine Korrekturparameter (so aus dem Kopf), näheres müsste ich aber raussuchen.

 

[mbbbk117]

Hallo,

danke für die Aufnahme ins Forum und eure Antworten. Bzgl. der Einbauposition habe ich auch gehört, dass bestimmte Fehler minimiert werden (Anstellwinkel, etc.). Wenn ich mir jedoch bei der Cessna den static port ansehe, welcher vorne an der Cowling sitzt, kann ich mir schwer vorstellen, dass dies auch Geschwindigkeitsfehler ausschließt.

Ich habe mal von einer Druckmessung entlang eines Tragflächenprofils mit kleinen "static ports" gelesen, um die Druckverhältnisse darzustellen und auf die Auftriebserzeugung zu schließen. Hierbei haben kleine Geschwindigkeitsänderungen schon Auswirkungen auf den gemessenen Druck gehabt.

Ich habe das Gefühl, ich übersehe da eine Komponente, welche diesen Unterschied erklärt.

Gruß Michi

 

[MiG-Admirer]

Hallo,

danke für die Aufnahme ins Forum und eure Antworten. Bzgl. der Einbauposition habe ich auch gehört, dass bestimmte Fehler minimiert werden (Anstellwinkel, etc.). Wenn ich mir jedoch bei der Cessna den static port ansehe, welcher vorne an der Cowling sitzt, kann ich mir schwer vorstellen, dass dies auch Geschwindigkeitsfehler ausschließt.

Ich habe mal von einer Druckmessung entlang eines Tragflächenprofils mit kleinen "static ports" gelesen, um die Druckverhältnisse darzustellen und auf die Auftriebserzeugung zu schließen. Hierbei haben kleine Geschwindigkeitsänderungen schon Auswirkungen auf den gemessenen Druck gehabt.

Ich habe das Gefühl, ich übersehe da eine Komponente, welche diesen Unterschied erklärt.

Gruß Michi

Vielleicht kannst Du hier eine für Dich ausreichende Antwort finden.
http://www.gutefrage.net/frage/was-ist-eine-trollfrage
Viel Erfolg im neuen Jahr

 

[jbodenr]

Wenn ich mir jedoch bei der Cessna den static port ansehe, welcher vorne an der Cowling sitzt, kann ich mir schwer vorstellen, dass dies auch Geschwindigkeitsfehler ausschließt.

Wie schon erwähnt geht es nicht darum, Geschwindigkeitsfehler auszuschliessen, sondern innerhalb einer zulässigen Toleranz zu halten. Vgl. hierzu nochmal den von mir verlinkten Wikipedia-Artikel mit entsprechenden Textstellen in den US FAR, Part 23. Weiterhin werden, wie von meinem Vorschreiber cool erwähnt, in grösseren Flugzeugen mittels Air Data Computer u.a. die 'configuration errors' herausgerechnet. Nach entsprechender Suche mit den Suchworten "position error pitot static system" wirst du dazu auch im Internet fündig.
Zwei Beispiele mit guten und tlw. ausführlichen Erklärungen:
http://www.theairlinepilots.com/forum/viewtopic.php?p=1241&sid=4dd0ccf181a069bb0206ebcfc7cc70bd
http://www.theairlinepilots.com/forum/viewtopic.php?t=887
Dort wirst du genau über das von dir selbst Hinterfragte lesen.

Ich habe mal von einer Druckmessung entlang eines Tragflächenprofils mit kleinen "static ports" gelesen, um die Druckverhältnisse darzustellen und auf die Auftriebserzeugung zu schließen. Hierbei haben kleine Geschwindigkeitsänderungen schon Auswirkungen auf den gemessenen Druck gehabt.

Ich habe das Gefühl, ich übersehe da eine Komponente, welche diesen Unterschied erklärt.

Hier im Forum jemanden zu finden, der über dieses Thema bereits eine wissenschaftliche Arbeit verfasst hat und dir den Zusammenhang von gemessenem statischen Druck in Abhängigkeit von: Anbringung des static ports, Geschwindigkeit, Anstellwinkel, Konfiguration, Flugmanöver, natürlich noch für eine Vielzahl gängiger Flugzeugmuster, darlegen kann ist meiner Einschätzung nach eher unwahrscheinlich. Da wirst du dich eher unter Konstrukteuren begeben müssen. Im FF gibt es eher Piloten, Aviatik-Interessierte, Flight Simmer und Flugmodellbauer.

 

[Taliesin]

WO IST MEIN DENKFEHLER?

Die Höhenmessung erfolgt über den Totaldruck, nicht über den statischen Druck. Der Totaldruck verändert sich nicht, wenn das Flugzeug schneller fliegt, der statische Druck schon.

 

[mbbbk117]

Die Höhenmessung erfolgt über den Totaldruck, nicht über den statischen Druck. Der Totaldruck verändert sich nicht, wenn das Flugzeug schneller fliegt, der statische Druck schon.

Hey,

da vertauscht du aber den totalen mit dem statischen Druck.

P total = P dynamisch + P statisch

Der totale Druck ist also direkt abhängig von der Fluggeschwindigkeit und somit in keinster Weise als Eingangsgröße am Höhenmesser.



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.

Danke!

Gruß Michi

 

[jbodenr]

Die Höhenmessung erfolgt über den Totaldruck, nicht über den statischen Druck. Der Totaldruck verändert sich nicht, wenn das Flugzeug schneller fliegt, der statische Druck schon.

Hallo Taliesien, da hast du tatsächlich Höhenmessung (Statischer Druck) mit Messung der Airspeed über das Pitotrohr (Gesamtdruck) verwechselt.
mbbbk117 wollte wissen, ob sich am Static Port der gemessene statische Druck mit der Geschwindigkeit ändert und dadurch zu Fehlanzeigen am Höhenmesser führt.

@mbbbk117: Wenn du Zugriff auf Simulationen des Luftstroms am Flugzeugrumpf in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit hast bist du mir (als Nicht-LRT-Ing.) voraus und hast selbst eine Antwort auf deine Frage gefunden. Würdest du mich/uns durch einen Link evtl. daran teilhaben lassen?

 

[mbbbk117]

Hi,

ich habe einfach bei google: "pressure distribution aircraft" eingegeben und dann die bildersuche auf simulationen durchgeschaut.

Gruß Michi

 

[Taliesin]

P total = P dynamisch + P statisch

Der totale Druck ist also direkt abhängig von der Fluggeschwindigkeit und somit in keinster Weise als Eingangsgröße am Höhenmesser.

Du meinst also, der Totaldruck steigt, weil sich zum statischen Druck der Staudruck addiert?

Umgekehrt wird ein Schuh draus, der statische Druck sinkt, weil die kinetische Energie für die Bewegung irgendwo her kommen muss, in diesem Fall aus dem Totaldruck.

 

[TomTom1969]

Ups, auf 'Danke' statt 'Antworten' getippt...

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. Fliegt das Flugzeug langsam genug, kann man Bernoulli (inkompressible Strömung) bemühen, um die Geschwindigkeit des Flugzeugs zu berechnen.

Beste Grüsse
Thomas
(dessen Dissertation in Triebwerk-Aerodynamik auch schon 10+ Jahre her ist...)

 

[cool]

kommt wohl drauf an, wie man es betrachtet. In einem Vergaser (oder Venturi) bei einer angenommenen stationären Strömung passiert ja genau das, was Taliesin beschrieben hatte, die Summe aus kinetischer Energie und Druck muss konstant bleiben, egal wo ich mich im Venturi befinde. Es wird also eine Energieform in eine andere übergeführt.
Aussen am Flugzeug heißt das erstmal, wenn die Luft durch die Rumpfform beschleunigt wird (und wir reden wieder nur von der konvektiven Beschleunigung), dann wird ein Teil des Drucks in kinetische Energie umgewandelt und damit sinkt der statische Druck weiter. Ein Höhenmesser würde also durch den Effekt eine zusätzliche (falsche) Höhe anzeigen.

Korrekt ist, dass man den Umgebungsdruck "versucht" zu messen um von diesem auf die Höhe zu schließen.

Also bei stationären Zuständen (im unseren Fall eine konstante Fluggeschwindigkeit) ist der Totaldruck frei von dem "Beschleunigungsfehler" der durch die Rumpfform entsteht, den steigt der dynamische Druck durch die konvektive Beschleunigung, dann sinkt der statische Druck und vv.
Das Problem bleibt, da man vom statischen Teil auf die Höhe schließen will und die Differenz beider Drücke zur Geschwindigkeit umrechnen will, und sowohl das eine wie das andere bleibt auch bei konstantem Totaldruck nicht gleich.

dessen Dissertation in Triebwerk-Aerodynamik auch schon 10+ Jahre her ist

Ich komm darauf zurück, Thermodynamik und Fluidmechanik (für Anfänger) hab ich schon, Fluidmechanik II kommt Ende des Jahres

 

[Taliesin]

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.

Ich weiß nicht, wer von uns beiden hier gerade die Strömungslehre vercheckt, aber das haben wir bei uns definitiv anders gemacht.

Wenn du dir eine Stromlinie denkst von einem ruhenden Punkt bis zur Spitze der Pitotsonde, dann entspricht der Totaldruck vorne an der Pitotsonde dem Ruhedruck "weit vor dem Flugzeug". Dabei ist es egal, ob die Umgebung dein Bezugssystem ist, oder das Flugzeug. In beiden Fällen ist p[SUB]0[/SUB] = p[SUB]T[/SUB] = p[SUB]1[/SUB] + q (Staudruck)

 

[TomTom1969]

Totaldruck heisst, dass ich die Strömung auf Geschwindigkeit Null verzögere.

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'.

Thomas

 

[Taliesin]

Wenn es so wäre, wie du sagst, dann könnte man die Stromlinie aus der Umgebung bis zu deiner Nasenspitze entlang laufen und der Druck würde sich um den Staudruck erhöhen, ohne dass Arbeit am Fluid verrichtet wurde.

Da keine Arbeit verrichtet wird, muss sich der Druck an der Nasenspitze aufteilen in den Staudruck und den statischen Druck, der nun geringer ist als der Umgebungsdruck.

 

[TomTom1969]

Diesmal ist Wikipedia nicht schlecht.

Zur Funktion einer Pitot-Sonde, siehe hier.
Da gibt es auch einen Link zur Anwendung in der Luftfahrt hier.

Beste Grüsse
Thomas

 

[Taliesin]

Solange du dich auf den Standpunkt stellst, dass der statische Druck gleich dem Umgebungsdruck ist, oder der Druck vorne im Pitotrohr oder deiner Nasenspitze höher ist als der Umgebungsdruck, macht es keinen Sinn hier weiter zu diskutieren.

Die Bernoulligleichung kommt aus einer Energiebetrachtung. Man macht eine Energiebetrachtung der Stromlinie aus der Umgebung bis hin vorne zum Pitotrohr. In deiner Betrachtung fällt da der Staudruck vom Himmel, während sich der statische Druck in den Umgebungsdruck wandelt. Dass das physikalisch unmöglich ist sollte dir eigentlich einleuchten.