Widerstandsbewert

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  1. #1 garry_weber, 19.07.2008
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    Hallo zusammen,

    wollt mal fragen, ob sich der Widerstandsbewert in abhängigkeit zur fluggeschwindigkeit und höhe ändert? Ich meine ja.

    Ich habe mir mal das KOnzept angesehen, wo ein Flugzeug auf 70000m steigt und dort überschall fliegen kann, und das billig. nun ist ja die frage, ob das ein gewinn in der Energie ist oder nicht trotz überschall? Wenn start- und zielflughafen auf der selben höhe liegen, dann hat man ja kein gewinn oder verlust durch die lageenergie.

    Pro:
    * in 70000m höhe ist die luftdichte kleiner

    Contra:
    * die Flugstrecke ist länger, da das Flugzeug eine Parabel fliegt

    Nun ist es doch so, dass die einzige Energie dafür aufgewendet werden muss, um auf der gesamten Flugstrecke den Luftwiderstand zu überwinden. DIes bedeutet, dass die Energie

    E = Fw*s

    ist (s ist die Fllugstrecke). Damit gilt:

    E=cw*q*As*s=0.5*cw*roh*v²*As

    Ich habe bloß das problem, dass ich nicht den variablen cw-Wert zur Höhe und geschwindigkeit bestimmen kann, sonst gilt ja dann

    E=0.5*INT[cw über h_max und über v_max]*INT[roh über h_max]*v²*As

    (INT ist Integral über die maximale Höhe).

    Gibt es irgendwie eine Funktion, die den Cw Wert als Funktion zur Höhe und zur Geschwindigkeit angibt? Oder irgendwie Grafiken?

    Mit freundlichen Grüßen,
    Garry Weber
     
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  3. #2 MiG-Mech, 19.07.2008
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    Der Höhenrekord für Flugzeuge mit "luftatmende" Triebwerken liegt bei 26.213 m im Horizontalflug und ca. 37.650 m im Parabelflug.

    Einfach nur den Luftwiderstand über die Höhe zu betrachten reicht nicht aus, um die Energieersparnis anzunehmen.
    Das Lfz muss auch genügend Auftrieb erzeugen und benötigt dann in dünnerer Luft eine höhere Geschwindigkeit.
    Oder sehe ich das falsch ?
    Der Luftwiderstandskoeffizient ist eigentlich konstant. Der Luftwiderstand ist über die Luftdichte und Geschwindigkeit veränderlich.
     
  4. #3 Intrepid, 19.07.2008
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    70000m ist schon arg viel!
    :FFTeufel:
     
  5. #4 garry_weber, 19.07.2008
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    naja, das optimum wäre eine kombination aus rakete und triebwerk. aber das ist ne andere geschichte.

    ich bin mir sicher, dass der cw-wert über geschwindigkeit variabel ist! der hat nämlich bei Mach 1 ein peak! und dann ist der cw rtwa bei Mach > 1 das doppelte des cws bei Mach < 1
     
  6. #5 MiG-Mech, 19.07.2008
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    Gut, im Überschall, aber da ändert sich so einiges.
    Ansonsten sagt Wikipedia dazu:
    "Der Strömungswiderstandskoeffizient ist für viele Körper über große Bereiche der Reynolds-Zahl (Geschwindigkeit, Fluiddichte, Viskosität) weitgehend konstant; bei einigen Körpern, bei kleiner Reynolds-Zahl oder im Transschall kann er stark von den typischen Werten abweichen. Für eine glatte Kugel (bei hoher Reynolds-Zahl) etwa variiert der Strömungswiderstandskoeffizient zwischen 0,1 und 0,45. In der Nähe der Schallgeschwindigkeit steigt er auf ein Mehrfaches an und sinkt bei sehr hohen Machzahlen auf etwa den doppelten Unterschall-Cw-Wert."
     
  7. #6 garry_weber, 19.07.2008
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    hmm....naja, dieser parabelflug würde sich ach erst lohnen, wenn man man oben im überschallflug fliegt...da man ja in den oberen schichten so den auftrieb und den massenstrom für die turbinen bekommt.

    hmm. naja, fange ab oktober mein luft- und raumfahrtstudum an :HOT: :HOT: :HOT: ... freu mich drauf. mein vorwissen recht nicht dafür, mit überschall zu hantieren...:FFCry: .. aber abwarten ;)

    Garry
     
  8. #7 Intrepid, 19.07.2008
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    In 70.000 Metern wirst Du wohl Überschall fliegen müssen. Mehrfachen sogar, sonst reißt Dir die Strömung ab. Dein Flug-Raum-Fahrzeug soll ja auch was wiegen.

    Bedenke: die Black Bird fliegt fast am Stall mit ihrer dreifachen Schallgeschwindigkeit.
     
  9. #8 garry_weber, 19.07.2008
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    wieso eigentlich? die könnte doch auch mit einem anstellwinkel von 5°^auch weniger fliegen? es sei denn, man will, dass sie ca. 1° fliegt. dann muss man auch natürlich schnell fliegen ...

    für unterschall kenn ich nur xfoil als simulator. ich würde gerne ein dünnes profil für überschall simulieren. gibts da simulatoren als freeware?

    Garry
     
  10. #9 Intrepid, 19.07.2008
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    Hmm, verstehe ich jetzt nicht.

    Die Stallgeschwindigkeit nimmt mit der Höhe zu. In 12.000 Metern ist sie schon doppelt so hoch wie am Boden (bei gleichem Anstellwinkel und ungefähr gleicher angezeigter Geschwindigkeit). Na ja, und wann bei Überschall die Strömung abreißt, dass weiß ich nicht (fliege ich nicht). Aber in 70.000 Metern dürfte die Stallgeschwindigkeit ein Vielfaches der Stallgeschwindigkeit am Boden sein. Zudem kommt noch dazu, dass wenn der Flieger sehr schnell fliegen können soll, wird er nicht gut im Langsamflug sein.
     
  11. #10 garry_weber, 19.07.2008
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    hmm...aus allen dem würde mich mal interessieren, wie man das mathematisch berechnet :rolleyes: ....

    landeanflug? flaps? :TOP: keine ahnung. würde aber imer ersten moment sagen...

    Gruß,

    Garry
     
  12. #11 Schorsch, 30.08.2008
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    Kann man nicht.
    Ganz so einfach ist die Sache nicht.
    Derartige Untersuchungen klappen nur mit guten Daten für Widerstandsbeiwerte (die Höhe, Machzahl und anderes berücksichtigen) und ein gutes Triebwerksmodell. Solche Daten gibt es nicht irgendwo, bestenfalls noch "teilverdaute" Rohdaten, die dann aber erhebliches Maß an "Reverse Engineering" erfordern.
    Bei Mach 3+ wird das "Antriebssystem" ursächlich für einen erheblichen Teil des Widerstands.
    Also, mein Tipp: Forget about it!

    @Intrepid:
    Ich war neulich mal in einem Museum, wo eine Flugrekorder-Schrieb der SR-71 für den Rekordflug Los Angeles nach London war (3x Mach3+ und drei Betankungen) . Meine Fotos sind so Mittelmaß, aber wenn es interessiert, könnte ich die mal senden.
     
  13. gero

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    Hallo Schorsch,
    ich fürchte, da ist Dir ein Tippfehler unterlaufen. Du meintest sicher hier reinstellen. ;)
    Und: Ja, natürlich. Es würde mich sehr interessieren!

    gero
     
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    Hallo

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  15. #13 Acanthurus, 01.09.2008
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    Hi..

    in 70km Höhe mit "normaler" Aerodynamik zu arbeiten funktioniert aus vielerlei Gründen nicht. Da ist man ja im Bereich Orbitmechanik besser aufgehoben ;)

    -Die Luft ist so dünn, dass sie sich nicht mehr wie ein gleichmässiges Kontinuum verhält, da die freie Weglänge (die Strecke, die ein Molekül im Schnitt zurücklegt, bevor es ein anderes Molekül trifft) sehr groß wird... makroskopisch groß. Man kommt in den Bereich der Gleitströmung und der freien Molekularströmung. Der entsprechende Parameter dafür ist die Knudsen-Zahl

    -Um ausreichend Auftrieb zu erzeugen sind bei der geringen Dichte schon SEHR große Machzahlen erforderlich. Ich kann das jetzt nicht mal schnell rechnerisch abschätzen, aber irgendwann kommt man an den Punkt, wo Wärmeübergänge und Gaschemie (ggf. Ionisation) ins Spiel kommen, dem Hyperschallflug. Für diesen gelten nochmals andere Spielregeln als für den ohnehin schon "schwierigen" Überschallflug.

    Die Widerstandsbeiwerte steigen bei Flugzeugauslegungen mit zunehmender Machzahl SEHR STARK an

    -Die Streckung muss viel kleiner werden, was den induzierten Widerstand in den "Langsamflugteilen" bis zum Erreichen der Reisegeschwindigkeit drastisch erhöht
    -Eine hohe Pfeilung ist zwingend, was ebenfalls die Unter- und Transschall-Streckenleistung verdirbt
    -Im Überschall kommen sehr starke Widerstandsanteile infolge Wellenwiderstand dazu
    -Das Strukturgewicht wird infolge der thermischen Probleme größer... die Staupunkttemperatur bereits bei mach 3 liegt um einen Faktor 2.8 über der (absoluten) Umgebungstemperatur, bei mach 4 ist es schon ein Faktor 4.2...

    Zur Abschätzung mit den kinetischen Energien und Lageenergien im Eingangsposting:
    Schau dir mal allein die Energiemengen an, die du in 70km Höhe bei, sagen wir mal völlig aus der Luft gegriffen, 1000m/s hast...

    70000m*m*g+0.5*m*(1000m/s)^2=m*(686700J+500000J). Das sind mehr als 1 MJ pro Kilogramm, und diese Energie kannst du nicht rückgewinnen (ausser als Energiemenge zur Widerstandsüberwindung in der Sinkflugphase). Und die Energieumsetzung infolge Widerstand ist da noch gar nicht berücksichtigt, und diese wird sicherlich VIEL größer sein.

    Dann kommt noch der Antrieb dazu. Der erforderliche Schub ist immens. Da aber die "Sammelfläche" für ein luftatmendes Triebwerk unverhältnismässig groß sein müsste, um noch einen guten Vortriebswirkungsgrad zu erzielen, wird das Triebwerk mit einer im Vergleich zum konventionellen Fantriebwerk sehr bescheidenen Effizienz arbeiten... und das berücksichtigt noch nicht mal die immensen probleme, ÜBERHAUPT ein Triebwerk für Mach3+ zu bauen.

    Die ganze Sache mit der großen Höhe lohnt sich erst wieder bei SEHR, sehr langen Strecken bei sehr großen höhen und Geschwindigkeiten... das zugehörige Fluggerät nennt man dann Satellit :D



    gruß

    a.p.
     
    Box29 und Spoelle gefällt das.
  16. #14 Schorsch, 01.09.2008
    Schorsch

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    Ne, eigentlich nicht. Nicht dass ich da um mein ominöses Urheberrecht fürchte, aber das sind 3MB Fotos und trotzdem kann man nur mit Mühe was erkennen. Auf FF-Format runtergehobelt sieht man nur noch etwas verschwommene Linien ohne wirklichen Mehrwert.

    Ich denke als praktische Grenze kann man etwa 18-22km bei M2 bis 3.0 nehmen. Dahinter bzw darüber verlässt man den Bereich, der mit normalen luftatmenden Triebwerken gut zu erreichen ist. Als bestes Beispiel nimmt man für Widerstandsbeiwerte die XB-70 und die Boeing 2707, deren Daten öffentlich verfügbar sind. Von der Concorde habe ich leider noch nichts gesehen. Triebwerksdaten auch noch nicht irgendeine der drei, nur für die MiG-25, die nicht gerade ein zukunftsweisendes Antriebssystem hatte.
     
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