Wodurch entsteht Anfahrwirbel beim Flugzeug und dadurch Zirkulation um Flügel?
Hallo,
ich bin in der 10. Klasse und muss ein Kurzreferat über den Auftrieb beim Flugzeug halten. Wenn ich es bis dahin richtig verstanden habe, entsteht beim Start ein Anfahrwirbel und dadurch dann eine Luftzirkulation um den gesamten Flügel, wodurch sich dann über dem Flügel die Luft schneller bewegt als darunter. Wegen des Bernoulli Effekts entsteht über dem Flügel ein geringerer Druck als darunter und er wird nach oben gedrückt.
Was ich aber noch nicht verstehe: WARUM entsteht der Anfahrwirbel und WARUM entsteht dadurch eine Luftzirkulation um den gesamten Flügel?
Könnte mir das jemand bitte verständlich erklären?
4 Antworten
Der Auftrieb entsteht dadurch, dass der Flügel die Luft nach unten lenkt. Drittes Newtonsches Gesetz, Actio = Reactio. Alles, was darüber hinaus dazu gesagt wird, betrifft nur Einzelheiten genau dieses Vorgangs sowie Rechenverfahren und technische Maßnahmen, mit denen man den Flügel zu optimieren versucht.
Schau mal hier, ich habe da einige Links zu Seiten und ein Buch angegeben, wo die Sache richtig erklärt wird.
https://www.gutefrage.net/frage/warum-ist-die-luft-ueber-dem-fluegel-schneller-als-unten-2
Die Erzählungen von der Luft, die wegen der Umleitung unter Zeitdruck gerät und sich beeilt, um nicht zu spät zu kommen, sind Märchen. Erstens ist die Luft, wie Du ja schon weißt, über dem Flügel noch schneller als sie diesem Argument zufolge sein "müsste". Zweitens erzeugt der Flügel auch dann Auftrieb, wenn die Wege über und unter dem Flügel genau gleich lang sind: bei jedem Papierdrachen oder Gleitschirm, bei den frühen Flugzeugtypen, bei denen die Flügel nur mit einer Lage Stoff bespannt sind, und bei Flugzeugen und Hubschraubern mit symmetrischem Profil, wo die Wölbung oben und unten gleich ist.
https://www.deutsches-museum.de/flugwerft-schleissheim/ausstellung/fruehe-luftfahrt
https://www.lilienthal-museum.de/olma/dick.htm
https://www.lilienthal-museum.de/olma/213.htm
Entscheidend für den Auftrieb ist nicht allein die Form des Flügelprofils, sondern auch der Anstellwinkel, mit dem es zur Luftströmung steht. Bei jedem Profil, auch denen mit stark gewölbter Oberseite, gibt es einen Anstellwinkel, bei dem der Auftrieb Null ist. Das kannst Du am Polardiagramm sehen, dem technischen Datenblatt des Profils.
https://de.wikipedia.org/wiki/Polardiagramm_(Strömungslehre)
Hinter dem Märchen steckt mehr Psychologie als Physik. Es handelt sich um einen Anthropomorphismus von der Art, wie wir in Filmen und Werbespots dauernd damit gefüttert werden. Schönes Beispiel: Mr. DNA aus 'Jurassic Park'. Diese spezielle Vermenschlichung der Luft am Flugzeug entsteht, so vermute ich, bei denen, die ohne genaueres Nachdenken so reden und denen, die ihnen das widerspruchslos abkaufen, durch eine Projektion ihrer gestressten Innenwelt (Angst vorm Zuspätkommen und Termine verpassen) auf unbelebte Dinge.
https://de.wikipedia.org/wiki/Anthropomorphismus
Du hattest ja nach der Entstehung des Anfahrwirbels gefragt. Sobald das Flugzeug sich in Bewegung setzt und die Zirkulation um den Flügel in Gang kommt, muss wegen des Prinzips der Drehimpulserhaltung der zur Zirkulation entgegengesetzte Drehimpuls irgendwohin abgegeben werden. So entsteht ein Wirbel, der diesen Drehimpuls aufnimmt. und hinter dem Flugzeug zurückbleibt. Unter ungünstigen Umständen (Strömungsabriss) kann eine ganze Wirbelschleppe entstehen.
https://www.youtube.com/watch?v=bvV7-9wAXc0
Danke für den Stern! :-)
... der Begriff "Anfahrwirbel" sagt mir momentan nichts...
Wenn ein Flugzeug startet fährt es erst mal los, da passiert noch nichts.
Wenn eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht ist, beginnt der Auftrieb zu wirken, nicht abrupt, sondern fließend mit zunehmender Geschwindigkeit.
Die Flügel haben ein Profil, deswegen hat die Luft ober dem Flügel einen weiteren Weg zurückzulegen als unten, dadurch entsteht oben ein Unterdruck und unten ein Überdruck, dieses habt das Flugzeug dann an. Die Luft muss oben schneller sein als unten um in der geleichen Zeit den gleichen Weg zurückzulegen.
Im Profil sieht das so aus:
für den ganzen Flügel so:
wenn man jetzt die Flügelspitzen hoch biegt, wird der Auftrieb noch effizienter, die hoch gebogene Spitze nennt man Winglet und kann so einiges an Flügellänge einsparen und auch etwas Energie weil der Luftwiderstand kleiner wird.
Vögel haben das perfektioniert und können ihren Auftrieb durch Verformung des Flügelprofiels und aktives Flügelschlagen optimal ausnützen.
Hinter dem Flugzeug wird die Luft dann kreisförmig verwirbelt das nennt man Wirbelschleppe und kann bei großen Maschinen hunderte Meter lang sein und so auch kleinere Flugzeuge in Bedrängnis bringen.
das kann auch mal richtig hübsch aussehen....
hoff das hat Ihr Thema etwas beleuchtet.
mfe
dass die gleichen Luftmoleküle sich hinten nicht wiedertreffen, die sich vorne getrennt haben, hängt mit dem Wirbel direkt zusammen - das eine geht nicht ohne das andere, aber das eine ist nicht Ursache des anderen. Kausales Denken ist bei Strömungsmechanik nicht hilfreich. Was sich einstellt, sind letztlich stabile Lösungen der Navier-Stokes-Gleichung.
die haben gleich viel Zeit, aber eine weitere Strecke, deswegen müssen die oben schneller sein, das erzeugen so den Unterdruck..
der Begriff "Anfahrwirbel" sagt mir momentan nichts
mir schon. In ein vorher wirbelfreies (laminares bzw statisches) Strömungsfeld wird Drehimpuls gebracht, der am Ende wieder ausgeglichen wird. Hier ist eine einfache Demo zu sehen: https://www.youtube.com/watch?v=mgzKGJEzees
Danke!, den Zustand kannte ich, der Begriff hat sich wohl über die Jahrzehnte verflüchtigt...
Diese Wirbel existieren beim Flug nicht wirklich, sondern ergeben sich, wenn du die höhere Geschwindigkeit über den Flügeln gedanklich oder mathematisch in eine gleichmäßige Bewegung und eine Differenz aufteilst.
Ähnlich kippt ein Auto (v.a. mit Heckantrieb) beim Anfahren nach hinten und beim Bremsen nach vorn. Da deutet auch keiner eine Zirkulation des Autos rein, das sind einfach Nebeneffekte der Beschleunigung.
der Anfahrwirbel ist nur das einmalige Einbringen von Drehimpuls in ein statisches Fluid und verursacht nicht die Zirkulation während des Fluges. Zu dieser gibt es Erklärungen (Bilder sagen hier mehr als Worte):
Erstmal danke für die Antwort, aber: Du schreibst, dass wegen der Form der Flügel die Luft oben schneller sein muss als unten, um in der gleichen Zeit den längeren Weg zurückzulegen. Ich habe jetzt aber schon einige Videos dazu angeschaut und gelernt, dass dies gar nicht der Fall ist; die Luftmoleküle oberhalb des Flügels erreichen den gleichen Punkt hinter dem Flügel sogar früher als die darunter. Damit kann die Form des Flügels aber nicht als Begründung herangezogen werden. Der Grund muss also in einer Luftzirkulation um den Flügel liegen. Aber warum entsteht diese Luftzirkulation?