Vortex Generator

Diskutiere Vortex Generator im Verkehrsflugzeuge Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Ich hätte mal ne Frage bzgl. des Vortex Generator auf den Tragflächen. Mir ist die Funktion nicht genau bekannt, bzw. verstehe ich es nicht...

Petex

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Ich hätte mal ne Frage bzgl. des Vortex Generator auf den Tragflächen. Mir ist die Funktion nicht genau bekannt, bzw. verstehe ich es nicht richtig.
Es sollen damit Verwirbelungen (turbulente Strömung) erzeugt werden, aber das ist doch gerade im Flug nicht erwünscht?
Vielleicht kann mir das jemand verständlich erklären. Bitte auch, was genau die Grenzschicht ist? Ist das der Bereich, ab dem sich die Strömung ablöst?
 
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mg218

Space Cadet
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Doch, turbulente Strömung ist erwünscht, da sie energiereich ist.
Laminare Strömung ist reibungsarm. Das war es aber auch schon.
Turbulent bedeutet ja nicht Strömungsabriss.

Grenzschicht ist die Schicht an der Oberfläche, in der der Luftstrom von der Geschwindigkeit 0 bis zur freien Strömung reicht.
 
cool

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Space Cadet
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Kommt immer drauf an :)

Die Grenzschicht im fluiddynamisch-technischen Sinne ist der Bereich der Strömung um einen Körper (oder auch in einem Rohr oder dergleichen), in dem die Geschwindigkeit des Fluid (Gase sind im technischen Sinne auch Fluide) durch den Körper selbst beeinflusst wird. Das heißt, auf einer Tragfläche (im Schnitt) wird es irgendwo ziemlich nahe an der Fläche selbst einen Punkt geben, indem das Fluid eine Geschwindigkeit gleich der Tragfläche (oder besser Profil) hat. Betrachten wir das Profil als stehend und die Luft als beweglich, so ist die Geschwindigkeit an dem Punkt eben Null. Je weiter man sich von diesem Punkt senkrecht von dem Profil entfernt, desto schneller wird sich die Luft relativ zum Profil bewegen, bis sie irgendwann eben Umgebungsgeschwindigkeit hat.
Dieser Bereich wird gemeinhin als Grenzschicht bezeichnet.

Es gibt zwei Arten von Grenzschicht: laminare und turbulente. In der laminaren liegen die Stromlinien schön parallel zueinander, in der turbulenten eben nicht. Turbulente Strömungen lassen sich auch nicht so einfach berechnen, zumindest nicht geschlossen. Man benötigt dann FEM-Berechnungen und muss die Gitter fein halten (damit steigen dann aber wieder die Rundungsfehler von Knoten zu Knoten), letztendlich eine recht aufwändige Sache. Nicht zuletzt der Grund, warum man nach wie vor in den Windkanal geht und wirklich testet.

Körper die sich Strömungen bewegen werden im Kern (direkt) durch zwei Widerstände beeinflusst, der eine ist der Reibungswiderstand. Wie stark "haftet" also die Strömung an der Oberfläche. Und dann natürlich der Formwiderstand. Grob darf man sagen, dass die Reibung in laminarer Strömung geringer ist, dafür ist der Formwiderstand in turbulenter Strömung geringer (weil die Strömung "Energiereicher" ist und sich länger am Körper halten kann, vor allem im Bereich der Senke, also zb. der Hinterseite eines Profils).
Betrachtet man so ein Profil und dessen Geschwindigkeitsbereich (eigentlich Reynoldszahl), dann gibt es irgendwo ein Optimum (mathematisches Minimum), indem die Kombination aus Reibungswiderstand und Formwiderstand am geringsten ist.
Im Zweifel kann man dann mit solchen Vortex-Generators auf die "Sprünge" helfen und die Strömung von einer laminaren in eine turbulente zwingen.
Dazu kommt, dass man an manchen Stellen (zb. vor Rudern) sichergehen will, dass auf jeden Fall eine turbulente Strömung anliegt, damit die Ruder auch bei ohne Anstellwinkel noch mehr oder wenig gut umflossen werden.

Der direkte Vergleich von Segelflieger (kleine bis sehr kleine Reynoldsche Zahlen) zum Airliner (hohe bis sehr hohe Reynoldsche Zahlen) hinsichtlich der Nützlichkeit der VGs ist also schwer. Letztendlich werden aber auch an Airliner immer weniger VGs verbaut, weswegen man sicherlich hin zu besseren Profilen will, die auch bei hohen Geschwindigkeiten einen geringen Reibungswiderstand erzeugen, man also lange in der laminaren Strömung bleiben kann, aber dennoch "robust" genug sind, sodass sie auch bei hohen Anstellwinkeln funktionieren.
 
_Michael

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Space Cadet
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Man benötigt dann FEM-Berechnungen und muss die Gitter fein halten (damit steigen dann aber wieder die Rundungsfehler von Knoten zu Knoten), letztendlich eine recht aufwändige Sache.
Wenn das Gitter feiner wird, dann wird bei solchen numerischen Verfahren doch eigentlich der Fehler kleiner. Oder hab ich da betreffend Fluiddynamik etwas verpasst? (Bin selbst eher in der Elektrochemie unterwegs diesbezüglich.)
 
gero

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Alien
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In Hinsicht Widerstandsoptimierung und Abreißverhalten ist ja schon fast alles gesagt. Die DInger treten auch noch an anderen Stellen hier und da auf. Beim Flugmodell heißen sie gelegentlich auch "Turbolator" und verbessern die Flugeigenschaften (Flugeigenschaften und Flugleistungen sind verschiedene Dinge). Ganz allgemein verwendet man sie, um Strömungen zu beeinflussen. Ich erinnere mich an den Außenspiegel eines namhaften PKWs, der serienmäßig kleine Noppen bekam. Auch eine Form von VG (Windgeräusch). Noch eine andere Variante sind die "Stolperkanten" an der Nase mancher Kleinflugzeugtragflächen. Diese lassen die Strömung bei einem bestimmten Anstellwinkel so trubulent werden, daß die Wirbel am Höhenruder ankommen und am Steuerknüppel zu spüren sind. Stick-Shaker der anderen Art.

gero
 
cool

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Space Cadet
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Wenn das Gitter feiner wird, dann wird bei solchen numerischen Verfahren doch eigentlich der Fehler kleiner. Oder hab ich da betreffend Fluiddynamik etwas verpasst?
Ein Computer rechnet ja mit Gleitkomma-Zahlen (mal von speziellen Anwendungen die mit Brüchen arbeiten, abgesehen) und damit auch mit einer irgendwie limitierten Genauigkeit. Üblich sind ja DOUBLE-Variablen die für die Mantisse rund 53bit frei haben, also 16 Stellen. Sprich, mehr als 16 Stellen gibt es nicht, alles danach wird halt gekappt und ist als Information verloren.
Je feiner das Netz, desto stärker treten diese Rundungsfehler auf, weil das Ergebnis bei jedem Knotenpunkt ja nur eine Genauigkeit von 15 Stellen hat. und der nachfolgende Schritt ja nur damit rechnen kann. Man kann auch mit Variablen höherer Genauigkeit arbeiten (zb. long double), aber dann steigt natürlich wieder der Rechenaufwand.
Hat man ein feines Netz, dann hat man eine entsprechende Fehlerfortpflanzung die halt schlicht durch die Maschine und das Verfahren vorgegeben wird.
Ich hatte das Problem bei meinen 0815-Simulationen (Festkörper) nie, weil meine Körper nie so groß waren und die Netzfeine durch meine Geduld bei der Berechnung limitiert wurden :whistling:.
 
tigerstift

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Space Cadet
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Soweit wurde hier schon alles erklärt.

Die meisten Vortex Generator haben den Zweck um die Handlingeigenschaften / Steuereigenschaften im Langsamflug zu erhöhen.
Eindrucksvoll in diesem Video visualisiert.

Sie dienen aber auch z.B. dazu um die Strömungseigenschaften zu verbessern, um den Widerstand zu verringern, oder um Lärm zu reduzieren.

Hier gibt es ein bisschen Futter was ein Vortex Generator alles kann:
a320 Whine
Fuselage - ATA53
Turbulator – Wikipedia
 

Sens

Alien
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Unter Wiki Turbulator werden ja auch die anderen Möglichkeit angegeben, wie man die ungewollte Ablösung der Grenzschicht und damit den Auftriebs-Verlust oder Druck auf die Kontrollflächen verzögern kann. Nebenwirkung - die dabei auftretenden Kräfte können ziemlich heftig sein und belasten auf jeden Fall die Struktur.
 
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