Wird bei modernen Verkehrsflugzeugen tatsächlich eine laminare Luftströmung auf einem Großteil der Flügeloberseite realisiert, trotz feinster Schmutzpartikel?

3 Antworten

In der Natur sind laminare Strömungen auch relativ selten weil fast immer irgendwelche Verwirbelungen in der Luft auftreten. Und was du meinst bezieht sich auch eher auf den Luftwiderstand als auf den Auftrieb. Hauptsächlich die Rauhigkeit der Tragfläche, man spricht dabei immer von der durchschnittlichen Wanderhöhung, also um wieviel( meisten nichtmal milimeter) ein Tragflügel durchschnittlich erhöht ist, hat vor allem Auswirkung auf den Luftwiderstand eines Tragflügels. Man ist daher bemüht diese Rauhigkeit möglichst gering ausfallen zu lassen. Rein technisch ist das allerdings kaum möglich.

Woher ich das weiß: Studium / Ausbildung

Immer noch unfähig, selbst zu recherchieren? Warum fragst Du nicht Deine ganzen anderen Accounts? Sind doch mittlerweile Hunderte. Außerdem hattest Du eine ähnliche Frage dort erst kürzlich gestellt. Warum um Himmels Willen jetzt schon wieder?

Und ja, denn die Laminarströmung ist ja für den Auftrieb verantwortlich. Und eine Tragfläche wird immer so konstruiert, dass der Umschlagpunkt, an dem die Laminar- in eine turbulente Strömung wechselt, möglichst weit in Richtung Flügelende liegt.

Deshalb wirkt sich ein sauberer Flügel günstig auf die Strömung aus; das wird Dir jeder Segelflieger bestätigen. Wie wäre es mit einem Gang in die Stadtbücherei, Abteilung Fliegen, Unterabteilung Segelflug?

Die Laminarströmung ist nicht verantwortlich für den Auftrieb. Sonst könnte Flugzeuge mit einer Geschwindigkeit von z.b 700 km/h ja gar keinen Auftrieb erzeugen...

Die Druckunterschiede an der Tragflügeln bewirken den Auftrieb, diese entstehen aber sowohl bei laminarer als auch bei turbulenter Strömung.

An der Oberseite herrscht ein Unterdruck der den Tragflügel "nach oben zieht" und an der Unterseite ein Überdruck der den Traglflügel "nach oben drückt"

Eine laminar vorliegende Strömung hat lediglich den Vorteil, dass der Luftwiderstand erheblich geringer ist im Vergleich zu einer turbulenten Strömung. Und der Umschlagpunkt wird zwar versucht so weit nach hinten zu legen wie möglich aber nur um den Luftwiderstand möglichst gering zu halten. Moderne Tragflächen haben einen C_w Wert von 0,07 ;extrem gering im Vergleich zu anderen Fahrzeugen/ Fortbewegungsmitteln.

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@Mangomati

Ja, als alter, im Abgasstrahl ergrauter Flugzeugmechaniker weiß ich das bzw. sollte es noch wissen. Da habe ich mich bezüglich Laminarströmung und Auftrieb natürlich falsch ausgedrückt. Laminar ist aber immer besser als turbulent. Sorry for any inconvenience caused!

So, und ich muss jetzt noch herausfinden, was es mit der Laminarströmung und den 700 km/h auf sich hat.

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@ramay1418

War keineswegs böse gemeint :)
Und wegen den 700 km/h: das war nur ein Beispiel

Eine laminare Strömung tritt nur bei verhältnismäßig geringen Fluggeschwindigkeiten auf. Wenn du also nicht gerade im Segelflieger oder in einer cessna unterwegs bist, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass dein Flügel turbulent umströmt wird. Passagierflugzeuge sind bedingt durch die Geschwindigkeit fast ausschließlich in turbulenten Strömungen unterwegs.

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@Mangomati

"Passagierflugzeuge sind bedingt durch die Geschwindigkeit fast ausschließlich in turbulenten Strömungen unterwegs."

OK, Du könntest recht haben. Kann sein, dass meine Erinnerung getrübt ist - und meine Lehrunterlagen habe ich natürlich schon vor Jahr und Tag entsorgt. 

Bleibt die Frage: Woher wissen die Luftteilchen, dass jetzt ein Segelflugzeug kommt und sie laminar strömen müssen und eine Stunde später kommt ein Verkehrsflugzeug und jetzt können sie ruhig turbulent strömen? 

"Beulen und Verunreinigungen am Rumpf und Tragflächen sind besonders an den Positionen von Nachteil, die vom Konstrukteur für eine laminare Grenzschichtströmung vorgesehen wurden. 

Darunter fallen besonders der vordere Bereich des Rumpfes und der Tragflächen sowie der Leitwerke."  

(Quelle: Tödt, Christian: Kerosin am Himmel: Wege zur Reduzierung des Treibstoffverbrauchs von Verkehrsflugzeugen. Hamburg, Diplomica Verlag GmbH 2012) 

Die laminare Grenzschicht (das ist die Schicht, die direkt auf dem Körper einwirkt bis hin zur freien Strömung) reißt am Umschlagpunkt ab bzw. verwandelt sich in die widerstandsreiche turbulente Grenzschicht. Deshalb versuchen die Hersteller, diesen Punkt so weit wie möglich nach hinten zu verlagern. 

Dazu kommen konstruktive Maßnahmen: Warum 

  • stellt man zähe Lacke her, die der Strömung möglichst lange standhalten? So wirken sich gerade an den Tragflächen Unebenheiten doch negativ aus.
  • wäschst man auch die Oberfläche des Tragflügels? 
  • dichtet man Übergänge von Panels strömungsgünstig ab? 
  • schaut man, dass Schrauben und Nieten immer mit der Oberfläche glatt abschließen?

Eine turbulente Strömung erhöht den Widerstand und damit den Kraftstoffverbrauch. Wenn es nur eine turbulente Strömung geben würde, würden alle die genannten Maßnahmen, die ja auch Zeit und Geld kosten, keine Rolle spielen. 

Oder haben alle Aerodynamik-Theorie-Lehrer etwas falsches erzählt? Vielleicht handelt es sich ja um eine weltweite Verschwörung! 

Ist aber auch egal.

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@ramay1418

Ok ich muss mich nun entschuldigen -im letzten Absatz habe ich mich schlecht ausgedrückt. Grundsätzlich ist jede Strömung am Tragflügel anfangs laminar. Vom Staupunkt aus, also jenem Punkt an dem die Strömung parallel zur Flugrichtung auftrifft , ist die Strömung am Tragflügel immer laminar und schlägt wie Sie bereits erzhählt haben am Umschlagspunkt auf turbulent um.

"Beulen und Verunreinigungen am Rumpf und Tragflächen sind besonders an den Positionen von Nachteil, die vom Konstrukteur für eine laminare Grenzschichtströmung vorgesehen wurden."

Diese Aussage bezieht sich genau auf diese Tatsache. Am vorderen Teil der Tragfläche haben Beulen, Beschädigungen und raue Oberflächen eine deutlich größere Auswirkung auf den Strömungwiderstand als an der Hinterseite des Tragflügels -bedingt durch die laminar vorherrschende Strömung. Interessant ist, dass trotz diversen Versuchen den Umschlagspunkt nach hinten zu verlegen, dieser immer noch relativ weit vorne am Tragflügel liegt.

Ich denke Sie haben sicher schonmal den Begriff Reynolszahl/Reynoldsche Zahl gehört. Diese Kennzahl gibt Auskunft über die Eigenschaften einer Strömung. Obwohl die Reynoldszahl auch von anderen Faktoren abhängig ist, ist vor allem die Strömungsgeschindigkeit ausschlaggebend dafür, wie hoch diese Zahl ausfällt. Die sogenannte kritische Reynoldszahl beschreibt einen Bereich innerhalb der Reynoldszahl , in dem die Strömung von laminar auf turbulent umschlägt. Mit steigender Fluggeschwindigkeit, steigt auch die Reynoldszahl an, was dazu führt, dass die Strömung im kritischen Bereich auf turbulent umschlägt. Segelflugzeuge erreichen mit ihrer relativ geringen Fluggeschwindigkeit diesen kritischen Bereich nicht -daher ist die Strömung auch größtenteils laminar. Passagierflugzeuge erreichen diesen Bereich hingegen schon, was bedingt, dass mit steigender Geschwindigkeit auch die Strömung turbulenter wird.

Die konstruktiven Maßnahmen die Sie beschreiben, stehen meiner Meinung nach nicht mit der Strömungsart, sondern mit der Strömung generell in Verbindung. Sowohl bei laminaren als auch bei turbulenten Strömungen haben die Oberflächenverhältnisse Auswirkungen auf den Strömungswiderstand- bei laminar halt noch deutlich größere als bei turbulent. Passagierflugzeuge sind (fast) immer darauf ausgelegt möglichst Treibstoff-effizient zu sein, und man kann wohl mit speziellen Lacken und speziellen Schrauben eine höhere Effizienz erreichen.

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Die Strömung ist laminar, sonst würde keine Druckdifferenz zwischen Unter- und Oberseite der Tragfläche erzeugt. Schmutzpartikel haben keinen Einfluss auf die Strömung.

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