Phänomenologie der strömungsmechanischen Wirbelspule bei Doppeldeckern

Scientific Essay , 2014 , 13 Pages

Engineering - Aerospace Technology

Recherchiert man als Laie und Nichtflieger Doppeldeckerflugzeuge, kommt man um den Eindruck nicht umhin, dass diese Fluggeräte entweder affektiert geliebt oder grundsätzlich verabscheut werden; es existiert quasi kein leidenschaftsloser Zwischenbereich. Auch ist von rezenten messtechnischen Untersuchungen oder numerischen Simulationen fluidmechanisch wirksamer Doppeldeckertragflächen insbesondere vor dem Hintergrund zweier miteinander in Wechselwirkung tretenden, induzierten Randwirbel ist derzeit nichts bekannt. Ausgehend von einer überschaubaren „Labor-Konfiguration“, bei der zwei Querkraft erzeugende endliche Tragflächen ein Doppeldeckersystem bilden sollte es gelingen, die hier postulierten Wirbelspulenphänomenologie experimentell oder simulatorisch nachzustellen und Parameterstudien zu betreiben mit dem Ziel, stimmige sowie begünstigende Tragflächengeometrien und Anströmbedingungen aufzufinden.

Inhaltsverzeichnis

• Phänomenologie der strömungsmechanischen Wirbelspirale bei Doppeldeckern
• Funktionshypothese
• Zur Tragflügeltheorie
• Dimensionsanalyse
• Partialwiderstände an einem angeströmten Tragflügel
• Strömungsfeld
• Tragflächengeometrie
• Kräfte, Energie
• Beiwerte
• Fazit
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Der Aufsatz befasst sich mit der Phänomenologie der strömungsmechanischen Wirbelspirale bei Doppeldeckern. Ziel ist es, die Funktionsweise dieser eigenartigen Querkraft- und Auftriebssysteme zu untersuchen und die Wechselwirkungen zwischen den Tragflächen in Doppeldeckerkonfigurationen zu analysieren. Dabei werden grundlegende Überlegungen zur Tragflügeltheorie und zur Fluidmechanik angestellt, um die Funktionshypothese der Wirbelspulen-Phänomenologie zu stützen.

• Fluidmechanische Wechselwirkungen zwischen Tragflächen in Doppeldeckerkonfigurationen
• Generierung eines mantelförmigen Wirbelspulensystems durch Randwirbel
• Induktion einer Jetströmung im Kern des Wirbelspulensystems
• Anwendung der Tragflügeltheorie erster Ordnung auf Doppeldeckerkonfigurationen
• Experimentelle und numerisch-analytische Untersuchungen zu fluidmechanischen Wirbelspulen

Zusammenfassung der Kapitel

Der Aufsatz beginnt mit einer Einleitung, die die Funktionsweise von Doppeldeckern und die aerodynamischen Herausforderungen dieser Konfiguration beleuchtet. Anschließend wird die Funktionshypothese der Wirbelspulen-Phänomenologie vorgestellt, die besagt, dass die durch das Auftriebsgebaren der Einzeltragflächen stromabwärts abfließenden Randwirbel ein mantelförmiges Wirbelspulensystem generieren, das in seinem Kern eine beschleunigte Fluidmassenstrom, eine Jetströmung, induziert.

Im weiteren Verlauf des Aufsatzes werden die grundlegenden Gleichungen der Fluidmechanik, speziell der Querkraft erzeugenden Kraft- und Arbeitstragflächen, vorgestellt. Eine Dimensionsanalyse wird durchgeführt, um die relevanten Größen und ihre Dimensionen zu bestimmen. Die Partialwiderstände an einem angeströmten Tragflügel werden erläutert, wobei die verschiedenen Widerstandsarten (Formwiderstand, Oberflächenwiderstand, induzierter Widerstand) und ihre Abhängigkeiten von den relevanten Parametern (Geschwindigkeit, Volumen, Fläche, Auftrieb) betrachtet werden.

Anschließend wird die Tragflügeltheorie erster Ordnung von Prandtl vorgestellt, die die Geschwindigkeitskomponenten an einem Aufpunkt einer Strömung ermittelt, die von der Strömungsenergie einer „tragenden Linie" mit gegebener Auftriebsverteilung herrührt. Die Theorie der tragenden Linie wird verwendet, um Gleichungen für den Widerstand einer Tragflügelkonfiguration aus zwei Flügeln zu finden, der dadurch entsteht, dass ein Flügel unter dem Einfluss der Störung steht, die von einem in derselben (Quer-) Ebene befindlichen Tragflügel ausgeht.

Der Aufsatz schließt mit einer Diskussion der Ergebnisse und der Implikationen für die Konstruktion von Doppeldeckerflugzeugen. Es wird betont, dass die Kontrolle der durch das Auftriebsgebaren einer (oder mehrerer) Kraft- und Arbeitstragflächen induzierten Verluste für jeden Strömungsmechaniker ein in hohem Maße anspruchsvolles Unterfangen ist. Dennoch bleiben im Laborbetrieb relativ einfachfach darstellbare, auf der Wechselwirkung von Wirbeln basierende Strömungsphänomene in aller Regel unberücksichtigt.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die strömungsmechanische Wirbelspirale, Doppeldeckerkonfigurationen, Randwirbel, Wirbelspulensystem, Jetströmung, Tragflügeltheorie, Fluidmechanik, Dimensionsanalyse, Partialwiderstände, Formwiderstand, Oberflächenwiderstand, induzierter Widerstand, Auftrieb, Querkraft, Geschwindigkeit, Volumen, Fläche, Prandtl, tragende Linie, Widerstand, Strömungsenergie, Störung, Wechselwirkung, Konstruktion, Laborbetrieb.

• Author: Dipl.-Ing. Michael Dienst (Author)
• Publication Year: 2014
• Pages: 13
• Catalog Number: V278670
• ISBN (eBook): 9783656714361
• ISBN (Book): 9783656714354
• Language: German
• Tags: phänomenologie, wirbelspule, doppeldeckern