Flugzeug Aerodynamik, Zusammenhang Widerstandsbeiwert & Anstellwinkel. 2D 3D?

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2 Antworten

Das kann ich dir erklären:

Dein Denkfehler kommt von der Annahme, daß der induzierte Widerstand nur durch die Wirbelbildung verursacht wird. Das stimmt aber nicht.

Der induzierte Widerstand folgt unmittelbar aus dem Energierhaltungssatz.

Bei einem Anstellwinkel von 0 haben die Luftmassen, nachdem sie am Flügel vorbeigeströmt sind, keine vertikale Bewegungskomponente.

Bei einem Anstellwinkel von größer als 0 jedoch bewegt sich die Luft nach dem Verlassen der Tragfläche mit einer gewissen Geschwindigkeit nach unten. Sie hat einen nach unten gerichteten Impuls. Dieser Impuls impliziert eine gewisse Menge an kinetischer Energie.

Und die muss laut Energieerhaltunggsatz irgendwoher kommen. Sie wird der kinetischen Energie des Flugzeugs entzogen. Und das ist rechnerisch gleichbedeutend mit einem von 0 verschiedenen Widerstandswert. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Strömung am Ende laminar oder turbulent ist.

Und übrigens: Da der Impulserhaltungssatz ebenfalls gelten muss, bekommt die Tragfläche zum Ausgleich einen Impuls nach oben. Das ergibt über die Zeit differenziert eine Kraft nach oben, die auf die Tragfläche wirkt: Die Auftriebskraft.

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'Ein 2D Profil besitzt keinen induzierten Widerstand'

Das ist falsch. 

Sobald anströmende Luft umgelenkt wird, speziell zwecks Auftrieb nach unten, verliert sie Impuls in ihrer ursprünglichen Richtung.  Das entspricht einer Abbremsung, und das äußert sich als induzierter Widerstand.

Das Fremdwort 'induziert' ist hier am sinnvollsten mit 'verursacht' zu übersetzen.  Man sollte deshalb besser  immer  'vom Auftrieb verursacht' sagen.

Wenn die anströmende Luft bei zwecks Auftrieb angestellten Profilen außerdem quer, zum Beispiel zu den Tragflächen- oder Rotorblattspitzen umbelenkt wird, dann erzeugt (induziert) das aus dem gleichen Grund ebenfalls einen Widerstand, wobei dann  leider kein Auftrieb erzeugt wird. Dieser Anteil des (auftriebs-)induzierten Widerstandes reduziert sich durch lange schlanke Tragflächen.  Winglets wirken ähnlich.  Auch Schränkung (Verwindung) mit nach außen geringer werdendem Anstellwinkel hift.
Hubschrauberotorblätter sind von Natur aus schlank.

Auftrieb verursacht  immer einen Widerstand.

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