Deutsch

Dies ist der beginn der Übersetzung.

Über die Flugprinzipien, also woher der Auftrieb des Flugzeugs kommt, Die meisten Bücher erwähnen das Bernoulli-Gesetz, Da der Luftstrom an der Flügelvorderkante in einen oberen und einen unteren Teil geteilt wird, ist die Geschwindigkeit des oberen Luftstroms höher als die des unteren, Daher ist der Luftdruck oben geringer als unten, und die Druckdifferenz zwischen der Ober- und Unterseite liefert den Auftrieb.

Aber warum ist “die Geschwindigkeit des oberen Luftstroms höher als die des unteren”, das habe ich nie ganz verstanden. Zum Beispiel gibt es viele Erklärungen, dass der Luftstrom an der Flügelvorderkante aufgeteilt wird und sich schließlich am Flügelhinterteil wieder vereint, Aber die Form der Flügelober- und unterseite ist asymmetrisch, die untere ist flach, die obere gewölbt, Daher ist die Strecke, die der Luftstrom entlang der Flügeloberseite zurücklegt, länger, und die Fließgeschwindigkeit ist natürlich höher,

Aber diese Aussage ist falsch, denn sie kann offensichtlich nicht erklären, warum Papierflugzeuge oder Kampfflugzeuge im Rückenflug fliegen. NASA nennt diese Theorie “Longer path” or “Equal transit” Theory, Und erklärt dies auf der offiziellen Website im Artikel Incorrect theory #1 “Longer path” or “Equal transit” Theory.

Außerdem gibt es ein weiteres falsches Verständnis, das nicht das “Bernoulli-Gesetz” beinhaltet, dessen Inhalt ist, dass der Auftrieb aus der Reaktionskraft der Luft auf die Flügelunterseite stammt, Dies wird von NASA auch in Incorrect theory #2, “Skipping stone” theory vorgestellt.

Kommen wir zurück zur ursprünglichen Frage, warum ist “die Geschwindigkeit des oberen Luftstroms höher als die des unteren”? Ich habe eine Erklärung gesehen, dass der Auftrieb eines Flugzeugs die Kutta-Joukowski-Bedingung (Kutta―Joukowsky’s law) und Wirbel (Vortex) betrifft.

Wenn das Flugzeug aus dem Stillstand in den gerade beschleunigten Start übergeht, ist die Geschwindigkeit des Luftstroms oben und unten unter den Flügeln gleich, Dadurch erreicht der untere Luftstrom den Hinterkantenpunkt, wenn der obere Luftstrom noch nicht an der Hinterkante angekommen ist. Der hintere Staupunkt befindet sich an einem Punkt über dem Profil, Der untere Luftstrom muss zwangsläufig um die scharfe Hinterkante herumfließen, um sich mit dem oberen Luftstrom zu vereinen. Nachdem sich der obere und untere Luftstrom vereint haben, fließen sie hinter den Flügel, aber man kann die Störung des Luftstroms sehen.

Aufgrund der Viskosität des Fluids, also des Coandă-Effekts, neigt das Fluid dazu, seine ursprüngliche Fließrichtung zu verlassen und entlang der Oberfläche des hervorstehenden Objekts zu fließen, Wenn der untere Luftstrom die Hinterkante umgeht, bildet sich ein Niederdruckwirbel, Dies führt zu einem großen Gegendruckgefälle an der Hinterkante. Sofort wird dieser Wirbel vom ankommenden Strom fortgespült; dieser Wirbel wird als Anfahrwirbel bezeichnet.

Die Flugzeugzelle bewegt sich weiter nach vorne, aber die vom gerade entstandenen Anfahrwirbel erzeugte Energie beeinflusst den Luftstrom über dem Flügel, Das heißt, es entsteht ein Effekt, der den oberen Luftstrom nach hinten zieht.

Die Flugzeugzelle bewegt sich weiter nach vorne, der Anfahrwirbel bleibt aber an Ort und Stelle, die Zelle löst sich vom Anfahrwirbel.

Nach dem Helmholtzschen Wirbelsatz für ideale inkompressible Fluide unter der Wirkung von Potentialkräften Existiert auch ein Wirbel um das Profil herum, der gleich stark ist wie der Anfahrwirbel, aber in entgegengesetzter Richtung. Dieser wird als Zirkulation oder Umfangszirkulation bezeichnet. Die Zirkulation fließt von der Unterseite des Profils zur Vorderkante und dann zur Oberseite der Vorderkante, Daher führt die Zirkulation plus der ankommende Strom dazu, dass der hintere Staupunkt schließlich an die Flügelhinterkante wandert, wodurch die Kutta-Bedingung erfüllt wird – “In einem echten, auftriebsfähigen Flügel treffen sich die Luftströme immer an der Hinterkante, Andernfalls entstünde an der Flügelhinterkante ein Punkt mit unendlicher Strömungsgeschwindigkeit. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann der Flügel Auftrieb erzeugen.”

Mit dieser Zirkulation über dem Flügel kann man erklären, warum die Geschwindigkeiten oben und unten unterschiedlich sind. Die Wirbel über dem Flügel im Bild oben sind der Grund, warum das Flugzeug in der Luft fliegen kann!

Aber im echten Leben ist diese Zirkulation mit bloßem Auge nicht zu sehen, und es ist auch schwierig, sie mit Testgeräten aufzuzeichnen. Im Vergleich zur Geschwindigkeit des ankommenden Stroms ist die Zirkulation immer noch sehr schwach. Also kann man ihre Existenz nur durch Tragflächenwirbel (Tip Vortices) nachweisen. Da die Spannweite begrenzt ist, fließt die Zirkulation über dem Flügel von den Flügelspitzen nach hinten, die linke dreht sich im Uhrzeigersinn, die rechte gegen den Uhrzeigersinn und bildet Tragflächenwirbel. Ein Video von NASA über Experimente mit Tragflächenwirbeln kann auf YouTube gefunden werden,

Man kann sehen, dass die Stärke der vom C5 gebildeten Tragflächenwirbel sehr stark ist.

Ein weiterer NASA-Kommentar zu Tragflächenwirbeln.

Noch interessanter ist diese Demo im Windkanal, man kann sehen, wie sich der Luftstrom über dem Flügel mit dem Anstellwinkel ändert, Der oben genannte hintere Staupunkt, die Strömungsunregelmäßigkeiten bei großem Anstellwinkel, die zum Auftriebsverlust führen, usw., können alle demonstriert werden.

Über die Strömungsstörungen durch zu großen Anstellwinkel gibt es auf YouTube ein sehr gutes Video zum Referenzieren,

Durch viele kleine Streifen, die auf die Flugzeugflügel geklebt werden, sind die Luftstromänderungen beim **Strömungsabriss** (Stall) sehr klar auf einen Blick zu erkennen, und man kann auch sehr gut sehen, dass die Strömung an der Flügelwurzel früher abreißt als außen.

Über den Anfahrwirbel gibt es auf YouTube noch ein solches Simulationsvideo zum Referenzieren.

Da der Anfahrwirbel und die Tragflächenwirbel noch eine Weile auf der **Piste** (Runway) bleiben werden, wirkt sich dies auf die dahinter startenden Flugzeuge aus, Daher steuern die Flughäfen die Startzeiten zweier Flugzeuge hintereinander und lassen etwa 2 Minuten Abstand.

Referenzmaterial https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/wrong1.html http://firstflight.open.ac.uk/pages/aerodynamics/how_planes_fly/vortex.php http://jein.jp/jifs/scientific-topics/887-topic49.html http://baike.baidu.com/view/3831899.htm wikipedia:起动涡