Wie finde ich den Auftriebskoeffizienten raus?
Hallo alle zusammen,
ich habe ein paar Fragen. Ich möchte die Effizienz von Transportschiffen unter Segeln vergleichen. Dafür habe ich auch eine Formel gefunden mit der man die Schubkraft F Berechnen kann:
F = 1/2*p*A*C_L*V^2
C_L ist der Auftriebskoeffizienten, doch wie finde ich diesen heraus?
Und kann ich überhaupt diese Formel verwenden, da die verschiedenen Segel unterschiedlich aufgebaut sind. Beispielsweise ein Kite-Segel oder Flettner-Rotor.
vielen dank
1 Antwort
C_L ist der Auftriebskoeffizienten, doch wie finde ich diesen heraus?
Man kann ihn im Windkanal messen und man kann sie berechnen. Die mathematischen Methoden zur Berechnung stammen aus dem Flugzeugbau und sind nicht einfach. Man verwendet heute z.B. Finite-Elemente-Algorithmen dafür.
Für viele Formen von Körpern kann man die Strömungseigenschaften in Polardiagrammen nachschauen, das sind Diagramme, die für verschiedene Anströmwinkel zwei Werte des Körpers anzeigen: Auftriebskoeffizient und Widerstandskoeffizient.
https://de.wikipedia.org/wiki/Polardiagramm_(Strömungslehre)
Hier ist eine Simulation, bei der man verschiedene Formen von Körpern (auch rotierende Zylinder) sowie Strömungsdaten einstellen kann und die erzeugten Kräfte und die beiden Koeffizienten angezeigt bekommt:
https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/foilsimstudent/
Und kann ich überhaupt diese Formel verwenden, da die verschiedenen Segel unterschiedlich aufgebaut sind.
ja, genau dafür ist der Auftriebskoeffizient da: Mit ihm wird die Formel an das Profil des umströmten Körpers angepasst und an den Winkel, mit dem er zur Strömung steht.
Ja, CLift ist C_L, und C_Drag (C_L) ist der Widerstandskoeffizient. Setzt man ihn in die Formel ein, dann erhält man statt des Auftriebs eine andere Kraft: den Strömungswiderstand.
Diese beiden Kräfte wirken rechtwinklig zueinander. Der Auftrieb ist quer zur Strömung gerichtet, und der Strömungswiderstand parallel zur Strömung. Die resultierende Kraft (die Vektorsumme beider Kräfte) ist die gesamte Strömungskraft (engl.: aerodynamic force).
https://en.wikipedia.org/wiki/Aerodynamic_force
brauche ich auch CDrag?
Man muss man die gesamte Kraft berücksichtigen, die auf das Fahrzeug wirkt, also braucht man beide Kräfte und beide Koeffizienten.
Beim Segelschiff ist ja altbekannt, dass man "vor dem Wind" oder "am Wind", aber auch in allen dazwischen liegenden Richtungen zum Wind fahren kann.
https://de.wikipedia.org/wiki/Kurse_zum_Wind
"Vor dem Wind" nutzt man zum Vortrieb den Drag, und "am Wind" vor allem den Lift. Aber man hat es immer mit beiden Kräften zu tun, und die können außer dem Vortrieb z.B. auch bewirken dass das Schiff "krängt", d.h. sich zur Seite legt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Physik_des_Segelns
https://de.wikipedia.org/wiki/Krängung
Den Treibstoffverbrauch zu senken ist eine bedeutende Aufgabe. Viel Erfolg für Deine Untersuchung!
vielen Dank!
noch zwei Fragen :)
CLift ist ja wahrscheinlich C_L aber wofür brauche ich die andere Kraft C_D?
Darauf aufbauend, reicht es wenn ich nur die Lift Kraft wie es in der Formel steht verwende oder brauche ich auch CDrag?
viele Grüße