Winglets, Blended Wings Fragen

Diskutiere Winglets, Blended Wings Fragen im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Da ich mich mehr oder weniger mit den Fotos die ich mache auseinander setzte, sind bei mir ein paar Fragen aufgetaucht. Bei Wikipedia habe ich...

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  1. #1 flieger28, 19.03.2008
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    Da ich mich mehr oder weniger mit den Fotos die ich mache auseinander setzte, sind bei mir ein paar Fragen aufgetaucht. Bei Wikipedia habe ich dazu folgendes gefunden
    und etwas später dann das hier
    Ist das nicht ein Widerspruch? So ganz verstanden habe ich es noch nicht.
    Die Winglets erhöhen die Streckung des Flügels. Und vermindern damit schon mal die Wirbel am Flächenende. Zum anderen werden die Wirbel abgelenkt, wenn ich es richtig verstanden habe.
    Aber vermutlich liegt mein ganzes Problem darin das ich vielleicht die Sache mit dem induzierten Widerstand nicht wirklich verstehe.
    Habe in einem Buch ("Aerodynamik und Flugverhalten" A.C.Kermode) was ich habe, dazu nachgeschlagen. Dort steht zum induzierten Widerstand
    Vielleicht kann das jemand ja noch mal etwas anders formulieren, am besten so das ich es verstehe.
    Die 2. Frage die sich mir gestellt hat ist folgendes.
    Ich habe dieses Dokument (pdf) auf der Boeing Seite gefunden. Sind auch einige Diagramme drin. Da ist eigentlich immer mit Mach 0.78 gerechnet. Das wird dann vermutlich das Optimum sein bei einer 737 mit blended Wings. Da stellt sich mir die Frage wie groß der "Nachteil" ist wenn man nach unten oder oben von der Geschwindigkeit abweicht. Irgendwo habe ich gelesen das die Winglets sehr auf eine Situation/Geschwindigkeit optimiert sind. Ist der Vorteil dann weg, wenn man aus irgendwelchen Gründen schneller oder langsamer fliegen muss? Wie ist da der "Bereich" des Optimums?

    Hoffe das ist nicht zu schwierig Licht in mein Dunkel zu bringen
     
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  3. #2 Acanthurus, 20.03.2008
    Zuletzt bearbeitet: 20.03.2008
    Acanthurus

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    Hi..


    *gaaaanzweitaushol *

    Bei einem fest vorgegebenen gesamten Auftriebsbeiwert (d.h. bei gleicher Flügelfläche und identischem Flugfall) ist die GESAMTZIRKULATION (d.h. die Wirbelstärke über den gesamten beeinflussten Strömungsbereich) gleich, denn diese ist ein DIREKTES Maß für den erbrachten Auftrieb.

    Diese Zirkulation verteilt sich als tragender Wirbel spannweitig auf den gesamten Flügel.
    Sobald sich die Wirbelstärke des tragenden Wirbels entlang des Flügels ÄNDERT, muss dieser Änderungsbetrag aufgrund des Gesetzes der Wirbelstärkenerhaltung (im Prinzip eine Ableitung aus der Drehimpulserhaltung) nach hinten abschwimmen.
    Im (rein theoretischen) Extremfall sieht das so aus dass die Zirkulation entlang der Spannweite überall gleich ist und dann an jeder Flügelspitze als ein EINZELNER Randwirbel nach hinten abgeht. Das ist die einfachste, sog. "Hufeisenwirbel-Konfiguration".

    Wenn man sich jetzt die Wirkung dieser abgehenden Wirbel anschaut (sie drehen von der Flügelunterseite über die aussenkante nach oben) dann besteht diese in einer Abwärtsströmung am Flügel. Das heisst, der Flügel "sieht" in seiner Anströmung nicht nur die Horizontalkomponente aus der Fluggeschwindigkeit, sondern auch eine leichte Abwärtskomponente. Er hatt also einen kleineren wirksamen (=effektiven) Anstellwinkel. Sein effektiver Anstellwinkel entspricht dem geometrischen Anstellwinkel (relativ zur Flugbahn) abzüglich des INDUZIERTEN Anstellwinkels.
    Damit wird auch der Auftrieb, der definiert ist als Kraft senkrecht zur Anströmung, um diesen induzierten Anstellwinkel nach HINTEN gedreht. Er erhält somit eine Komponente gegen die Flugrichtung. kraftkomponenten gegen die Flugrichtung sind aber WIDERSTAND, in diesem Fall genau der INDUZIERTE Widerstand.

    Jetzt gilt es also, das (unvermeidliche) Abfliessen der Wirbel nach hinten möglichs schlau über die Spannweite zu verteilen, damit dieser induzierte Widerstand möglichst klein wird. Mit schlauen mathematischen Methoden kann man zeigen dass das genau dann der Fall ist wenn die Streckung so groß wie möglich ist und wenn sich die Zirkulation entsprechend der Form einer Halbellipse über die Spannweite verteilt.. die vielzitierte elliptische Auftriebsverteilung. Diese kann man in der Praxis nicht allgemein (für alle Flugfälle) erreichen, und sie hat auch Nachteile für das Handling.

    Wenn man den induzierten Widerstand im Detail wirklich verstehen will muss man das vielleicht noch etwas ausbauen, dann kommt man aber um einigen Grundlagen (wie dem Gesetz von Biot-Savart und dem Helmholtz´schen Wirbelsatz) nicht herum. Können wir ja bei Wunsch noch näher drauf eingehen.

    * und jetzt zum Thema *

    Winglets stellen jetzt eine Maßnahme dar, wie man die Induktionswirkung der (konstanten Gesamt-)Zirkulation besser verteilen kann, z.B. indem man die Rest-Randwirbel einfach weiter weg, ÜBER dem Flügel, abgehen lässt und dabei auch noch über die Höhe des Winglets selbst verteilt.

    Dabei bleibt, wie gesagt, die Gesamt-Wirbelstärke an sich gleich, nur die Verteilung des Wirbelabgangs nach hinten ist schlauer. Das ist also NICHT, wie du nachfragst, ein Widerspruch.

    Gruß

    A.P.
     
    flieger28 und Porter_Pilot gefällt das.
  4. radist

    radist переводчик<br><img src="http://www.flugzeugforum.d

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    Danke:TD:
    Super Erklärung:TOP:
    Hätte sonst wie flieger28 in die falsche Richtung gedacht:rolleyes:
     
  5. #4 flieger28, 20.03.2008
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    Ja ich sage auch mal Danke!
    Auch wenn ich noch nicht alles 100% verstanden habe, so hat es wieder mehr Licht in das Dunkel gebracht.
    Werde mich mal etwas genauer damit beschäftigen. Scheint jedenfalls interessant zu sein.
     
  6. #5 Schorsch, 21.03.2008
    Zuletzt bearbeitet: 21.03.2008
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    Mach 0.78 ist die normale Cruise Mach der B737 (und auch des A320). Nach oben wird der Nachteil dramatisch wachsen, M0.82 ist auch schon Max Mach Operating.
    Die Aerodynamik ist immer auf eine Machzahl optimiert bzw. auf einen Machzahlbereich. Je nach Gewicht und Flughöhe gibt es bestimmte Machzahlen die optimale Reichweite bringen, die so genannte Long Range Cruise Machzahl. Die ist meist etwas geringer. Grund ist, dass für optimale Performance nicht nur der Spritverbrauch einfließt sondern eben auch die Finanzierung des Flugzeuges, so dass einige Kosten eben zeitabhängig sind. In der Regel fliegen Flugzeuge immer so bei Optimum Machzahl +5% rum.
    [Go Advanced: Der optimale Machzahlbereich kann je nach Optimierungsgrad des Profils/Flugzeugs sehr unterschiedlich sein, so haben Business-Jets haben in der Regel Bereich von mehreren Machcounts (=0.01), während Airliner auf einen Bereich von 0.02-0.03 festgelegt sind. Der Sonic Cruiser wäre wohl auf 0.005 "eingepfercht"; man sieht das je länger die Strecke je eher sich die Investition in höhere Machzahlfähigkeit lohnt. Das Bewertungskriterium ist dabei Gleitzahl mal Machzahl (Mach * L/D), dies hat sich schon deutlich verbessert.]

    Allgemein bedeutet höhere Airspeed weniger induzierten Widerstand (weil Auftriebsbeiwert sinkt) und mehr Druckwiderstand (logisch). Also wird der Winglet eher ins negative rutschen.

    Noch ne allgemeine Sache: Winglets sind dort sinnvoll wo Flugzeuge mit hohen mittleren Gewichten operieren. Für eine B737 die zwischen Hamburg und München pendelt sind sie Unfug. Des Weiteren muss die Flügelaerodynamik der B737NG irgendwas besonderes haben, denn beim A320 hat man Winglets allgemein als wenig nützlich bewertet, obwohl der A320 insgesamt schwerer ist bei gleicher Flügelfläche.
     
  7. #6 flieger28, 21.03.2008
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    Ich habe dazu auch noch folgendes gefunden!
    Ein Payload Range Diagramm (Long Range Cruise) einer 737-800 mit Winglets.

    Allerdings verstehe ich das Diagramm noch nicht so wirklich. Die Linien enden nicht da wo ich es erwarten würde. Oder habe ich da was übersehen. Vielleicht kann jemand mal versuchen mir es zu erklären.
    Vielleicht ist die Erklärung auch ganz einfach und ich sehe den Wald vor Bäumen nicht.
     

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  8. #7 flieger28, 21.03.2008
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    und hier das gleiche Flugzeug nur ohne Winglets
     

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  9. #8 Schorsch, 21.03.2008
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    Das Payload-Range Diagramm

    Also, wo soll man anfangen?
    An der X-Achse sehen wir die Distanz. Dies ist übrigens die "Still Air Distance", also ohne Wind inklusive Reserven.
    Die Y-Achse zeigt OEW (Betriebsleergewicht) plus Zuladung. Die obere Grenze ist das MZFW (Maximum Zero Fuel Weight). Oben drauf käme also immer noch der Sprit.

    Das Payload-Range Diagramm hat drei Grenzen. Oben begrenzt das MZFW die Linie nach oben. Sprich: Das Flugzeug kann nicht mehr Fracht laden. An einem Punkt ist das MTOW erreicht, dann muss ich Nutzlast auspacken um mehr Sprit reinzupacken (deshalb fällt OEW+Payload) langsam ab, sprich die Nutzlast nimmt ab aber die Reichweite zu.
    Dann habe ich mein maximales Spritvolumen erreicht und kann jetzt nur noch Reichweite steigere, indem ich Nutzlast auspacke und dadurch weniger Sprit verbrauche. Deshalb fällt die Linie sehr stark ab.
    Der Punkt ganz rechts auf der X-Achse stellt quasi den Ferry-Flight da, also null Nutzlast und maximales Spritvolumen.

    Je höher das MTOW ist (die Zahlen an den Linien), desto weiter reicht die Kurve nach rechts.

    Was passiert wenn Winglets hinzu kommen?
    Theoretisch nimmt der Cruise Drag ab und das Diagramm verlängert sich nach rechts.
    Aber man kann sehr gut sehen, was ich in meinem vorigen Post schon sagte. Bei hohem mittleren Gewicht (also das Durchschnittsgewicht des Fluges, quasi OEW+Payload plus 50% Sprit) ist die Reichweite höher mit Winglets. zu erkannen an der zweiten Ecke (max Sprit plus Nutzlast) des Diagramms (etwa bei 3000nm). Man kann sehen, dass die B737-800 mit Winglets fast an 3000nm ran kommt, während die ohne etwa 200 bis 300nm kürzer fliegt.

    Jedoch sind solche Payload-Range Diagramme ungeeignet um 5% Reduktion im Cruise Drag zu erkennen, und bei Winglets reden wir eher von 3%. Also wird man daraus nicht zu viel erkennen.
     
  10. #9 flieger28, 21.03.2008
    Zuletzt bearbeitet: 21.03.2008
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    Vielen dank für die Ausführungen. Dadurch und das ich zusätzlich noch mal etwas gelesen habe, kann ich jetzt jedenfalls das Diagramm lesen und verstehen.

    Nur um noch mal sicher zu gehen das ich es wirklich verstanden habe. Das Ende der horizontalen Linie (1) bedeutet das man mit voller Nutzlast und vollen Tanks eine Reichweite von etwas über 2000NM hat. Wenn ich weiter fliegen möchte muss ich auf Nutzlast verzichten (2). Und der 2. Knick (3) ist der Punkt wo die Tanks voll sind und eine größere Reichweite nur noch durch Verzicht von Nutzlast realisiert werden kann. Soweit richtig?

    Ich finde es jedenfalls ganz interessant was Boeing auf der Webseite anbietet. Ich glaube bei Airbus ist nicht ganz so viel an Infos zu finden.

    Da ich mich schon oft geärgert habe in verschiedenen Nachschlagewerken, das genau die Daten die ich brauche nicht vorhanden sind, habe ich jetzt angefangen mir mein eigenes zu machen. Habe mit der 737 angefangen weil das Flugzeug war was am meisten an Infos und Modellen auf der Boeing Seite hatte.
     

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    Hallo

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  12. #10 Schorsch, 22.03.2008
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    Die Punkte helfen:
    2: Maximale Nutzlast, verbleibendes Gewicht bis MTOW ist Sprit.
    3: Maximaler Sprit, verbleibendes Gewicht bis MTOW ist Nutzlast.
    Zwischen 2 und 3 hat das Flugzeug MTOW, davor und dahinter startet es mit reduziertem Startgewicht.

    Zwei Anmerkungen dazu:
    1: Das Payload-Range Diagramm bezeichnet Extreme, die wenigsten Flugzeuge operieren dauernd am MTOW.
    2: Die B737 ist sicherlich das zahlreichste Flugzeug, aber das Payload-Range Diagramm sieht bei anderen Typen etwas "spannender" aus, speziell wenn ein Flugzeug viel laden kann (hohe Payload) und gleichzeitig einen großen Sprittank hat, ich habe ein perfektes Beispiel dafür eingefügt.

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    (Quelle: Ich, Daten nicht 100%ig weil schlechtes TW-Modell und einige "Flaws" in der Performance Berechnung)

    Eigentlich selbsterklärend. Die ganz rechte und ganz linke gestrichelte rote vertikale Linie stellen die Punkte 2 und 3 da, die Linie dazwischen ist quasi die "Design Mission".

    So ist es. Die ACAPs von Airbus gibt es nur über dunkle Kanäle. Mein Tipp: eventuell mal bei eMule und/oder www.smartcockpit.com ein bisserl suchen.
    Ganz heißer Tipp:
    http://www.smartcockpit.com/pdf/plane/airbus/A330/misc/0001/
    Da stehen nette Sachen drin, 100% legal zum runterladen. ;)
    Wenn man Zeit hat, könnte man auch mal die Diagramme (es sind ja quasi nur ein halbes Dutzend Zahlen pro Flugzeug) in eine Excel-Tabelle hämmern und so einen genauen Vergleich anstellen.
    Dieses Tool könnte dabei helfen:
    http://digitizer.sourceforge.net/
    (natürlich 100% legal runterzuladen)


    Meine Meinung: Nachschlagewerke sind ihr Geld nicht Wert. Bei Zivilflugzeugen kann man auch keine exakten Daten geben, da es viele verschiedene Varianten gibt. Ich habe mir über die letzten Jahre ne Datenbasis auf meiner Platte gesammelt, wo alle Dokumente, die einem so unterkommen nach Flugzeugtyp/familie gesammelt werden. Das sind inzwischen 4.1GB, mit den militärischen eher 8GB (alleine das B-58A Manual ist 500MB groß).
     
  13. #11 Schorsch, 22.03.2008
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    Hier noch mal die gute Galaxy in anderer Form, wie gesagt: die exakten Werte sind nicht 100%, mehr so 75%ig. Annahmen wie oben.

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