Benützer:


Stall-Effekt

Storyboard

Wenn der Anstellwinkel sehr groß ist, neigen die Whirlpools, die sich im oberen hinteren Teil des Flügels bilden, dazu, sich vorwärts zu bewegen, bis sie die Oberkante am Anfang des Flügels erreichen und den gesamten oberen Teil mit Whirlpools bedecken. In diesem Zustand senkt sich der Auftrieb dramatisch und erzeugt den sogenannten Stall-Effekt, der zu einem unkontrollierten Sturz des Objekts (Flugzeug / Vogel) führen kann.

Es gibt Situationen, in denen sowohl Flugzeuge als auch Vögel diesen Effekt genutzt haben, um Überraschungsangriffe aus großer Höhe auszuführen und eine Technik zu entwickeln, die den Flug kontrolliert und nicht auf dem Boden abstürzt.

>Modell

ID:(1462, 0)



Stall-Effekt

Storyboard

Wenn der Anstellwinkel sehr groß ist, neigen die Whirlpools, die sich im oberen hinteren Teil des Flügels bilden, dazu, sich vorwärts zu bewegen, bis sie die Oberkante am Anfang des Flügels erreichen und den gesamten oberen Teil mit Whirlpools bedecken. In diesem Zustand senkt sich der Auftrieb dramatisch und erzeugt den sogenannten Stall-Effekt, der zu einem unkontrollierten Sturz des Objekts (Flugzeug / Vogel) führen kann. Es gibt Situationen, in denen sowohl Flugzeuge als auch Vögel diesen Effekt genutzt haben, um Überraschungsangriffe aus großer Höhe auszuführen und eine Technik zu entwickeln, die den Flug kontrolliert und nicht auf dem Boden abstürzt.

Variablen

Symbol
Text
Variable
Wert
Einheiten
Berechnen
MKS-Wert
MKS-Einheiten
$F_L$
F_L
Auftriebskraft
N
$\rho$
rho
Dichte
kg/m^3
$C_L$
C_L
Einfaches Modell für Nachhaltigkeit Koeffizient
-
$v$
v
Geschwindigkeit in Bezug auf das Medium
m/s
$m$
m
Körpermasse
kg
$S_w$
S_w
Oberfläche, die Auftrieb erzeugt
m^2
$c$
c
Proportionalitätskonstante Koeffizient Nachhaltigkeit
1/rad
$\alpha_s$
alpha_s
Winkel für Aufzüge erforderlich
rad

Berechnungen


Zuerst die Gleichung auswählen:   zu ,  dann die Variable auswählen:   zu 

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

Berechnungen

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

 Variable   Gegeben   Berechnen   Ziel :   Gleichung   Zu verwenden



Gleichungen

Die Auftriebskraft ($F_L$), zusammen mit die Spannweite der Flügel ($L$), die Dichte ($\rho$), der Flügel-Höchstgeschwindigkeitsfaktor ($c_t$), der Flügelbodengeschwindigkeitsfaktor ($c_b$), die Obere Flügellänge ($l_t$), die Länge des unteren Flügels ($l_b$) und die Geschwindigkeit in Bezug auf das Medium ($v$), findet sich in

equation=15156

Wenn wir die Oberfläche, die Auftrieb erzeugt ($S_w$) betrachten, gegeben durch die Spannweite der Flügel ($L$), die Obere Flügellänge ($l_t$) und die Länge des unteren Flügels ($l_b$),

equation=15154

und f r der Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$), definiert als

equation=15155

erhalten wir

equation

Die Auftriebskraft ($F_L$) zusammen mit die Dichte ($\rho$), die Oberfläche, die Auftrieb erzeugt ($S_w$), der Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$) und die Geschwindigkeit in Bezug auf das Medium ($v$) wird durch

equation=4417

repr sentiert, was zusammen mit die Körpermasse ($m$) und die Gravitationsbeschleunigung ($g$) gleich sein muss:

equation=14515

das hei t:

$\displaystyle\frac{1}{2}\rho S_wC_Lv^2=mg$



daraus ergibt sich:

equation


Beispiele


mechanisms

Der Auftriebsbeiwert ist eine Funktion des Anstellwinkels und folgt in der Regel dem in der folgenden Abbildung dargestellten Trend:

image

Im gezeigten Fall betr gt die Steigung ungef hr 1,5 pro 15 Grad, was 0,1 1/Grad oder 5,73 1/Radiant entspricht.

In einem Windkanalmodell eines Fl gels kann man beobachten, wie zu Beginn der Str mung laminar ist, aber sich zum Ende des Fl gels hin turbulente Str mung entwickelt:

image

Wenn der Anstellwinkel einen kritischen Wert berschreitet (typischerweise zwischen 15 und 30 Grad, abh ngig von der Auslegung), wird die Oberfl che des Fl gels von Wirbeln bedeckt, und der Auftrieb f llt abrupt auf null.

image

An diesem Punkt tritt ein Ph nomen auf, das als Str mungsabriss (Stall) bekannt ist, bei dem die Luftstr mung ber dem Fl gel sich abl st und turbulente Wirbel entstehen. Diese Wirbel st ren die gleichm ige Luftstr mung erheblich, reduzieren den Auftrieb signifikant und beeintr chtigen die Steuerf higkeit des Flugzeugs. Es ist entscheidend, zu verhindern, dass der Anstellwinkel diesen kritischen Wert berschreitet, um einen stabilen und sicheren Flug aufrechtzuerhalten.

Wenn der Anstellwinkel einen kritischen Wert berschreitet (in der Regel zwischen 15 und 30 Grad, abh ngig von der Konstruktion), wird die Fl gelfl che von Wirbeln bedeckt und der Auftrieb f llt abrupt auf null.

image

An diesem Punkt tritt das Ph nomen des Str mungsabrisses (Stall) auf, bei dem der Luftstrom ber dem Fl gel abrei t und turbulente Wirbel entstehen. Diese Wirbel st ren den gleichm igen Luftstrom erheblich, verringern den Auftrieb drastisch und beeintr chtigen die Flugzeugsteuerung. Es ist wichtig, zu vermeiden, dass der Anstellwinkel diesen kritischen Wert berschreitet, um einen stabilen und sicheren Flug zu gew hrleisten.

Der Flug von National Airlines 102, einem Frachtflugzeug des Typs Boeing 747-400, das in Bagram, Afghanistan, startete, endete tragisch am 29. April 2013 aufgrund einer Verschiebung der Ladung w hrend des Starts. Die Verschiebung der Ladung f hrte zu einem Anstieg des Anstellwinkels, was zum Verlust des Auftriebs des Fl gels f hrte, ein Ph nomen, das als Str mungsabriss bekannt ist. Zus tzlich besch digte die Ladungsverschiebung das hydraulische System der Heckrudern, was das Flugzeug unkontrollierbar machte. Bedauerlicherweise verloren alle 7 Besatzungsmitglieder sofort bei der Kollision ihr Leben.

video

Hier ist eine Simulation, die den tragischen Start zeigt: Simulation


model

Um einen h heren Druck unterhalb als oberhalb des Fl gels zu erzeugen und Auftrieb zu generieren, wird das Bernoulli-Prinzip angewendet und die fehlende Energieerhaltungsdichte durch ein Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$) korrigiert. Der Druck ber dem Fl gel, die Auftriebskraft ($F_L$), kann unter Verwendung von die Dichte ($\rho$), die Oberfläche, die Auftrieb erzeugt ($S_w$), der Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$) und die Geschwindigkeit in Bezug auf das Medium ($v$) mithilfe der folgenden Formel gesch tzt werden:

kyon

Aus Messungen geht hervor, dass der Auftriebskoeffizient $C_L$ proportional zum Anstellwinkel $\alpha$ ist:

kyon

Nach einem bestimmten Winkel nimmt die Kurve ab und erreicht schlie lich den Wert Null. Dies liegt daran, dass ber diesem kritischen Winkel die Wirbel vollst ndig die obere Fl che des Fl gels bedecken und somit der Auftrieb verloren geht. Dieses Ph nomen wird als \"Str mungsabriss\" bezeichnet.

Die Bedingung f r das Erreichen des Fluges wird erf llt, wenn die Auftriebskraft ($F_L$) dem Gewicht des Flugzeugs oder Vogels entspricht, das aus die Körpermasse ($m$) und die Gravitationsbeschleunigung ($g$) berechnet wird. Dies wird durch ausreichende Werte von ERROR:6110,0, die Oberfläche, die Auftrieb erzeugt ($S_w$) und der Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$) erreicht, wobei letzterer Koeffizient der anpassbare Faktor ist. Im Fall von Flugzeugen k nnen Piloten den Wert von der Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$) mithilfe von Klappen ndern, deren Wert folgende Bedingung erf llen muss:

kyon

Die Klappen werden durch ndern des Winkels eingestellt, den der Fl gel zur Flugrichtung bildet, bekannt als Anstellwinkel.

Da der Auftriebskoeffizient $C_L$ proportional zum Anstellwinkel $\alpha$ ist, kann der erforderliche Winkel zur Erzeugung ausreichender Auftriebskraft bei einer gegebenen Geschwindigkeit $v$ berechnet werden:

kyon

wobei $m$ die Masse, $g$ die Erdbeschleunigung, $\rho$ die Dichte des Mediums, $S_w$ die Fl gelfl che und $c$ die Proportionalit tskonstante zwischen dem Auftriebskoeffizienten und dem Anstellwinkel sind.


>Modell

ID:(1462, 0)



Mechanismen

Definition


ID:(15176, 0)



Auftriebskoeffizient

Bild

Der Auftriebsbeiwert ist eine Funktion des Anstellwinkels und folgt in der Regel dem in der folgenden Abbildung dargestellten Trend:

Im gezeigten Fall beträgt die Steigung ungefähr 1,5 pro 15 Grad, was 0,1 1/Grad oder 5,73 1/Radiant entspricht.

ID:(7148, 0)



Flügel im Fluss

Notiz

In einem Windkanalmodell eines Flügels kann man beobachten, wie zu Beginn der Strömung laminar ist, aber sich zum Ende des Flügels hin turbulente Strömung entwickelt:



Wenn der Anstellwinkel einen kritischen Wert überschreitet (typischerweise zwischen 15 und 30 Grad, abhängig von der Auslegung), wird die Oberfläche des Flügels von Wirbeln bedeckt, und der Auftrieb fällt abrupt auf null.

An diesem Punkt tritt ein Phänomen auf, das als Strömungsabriss (Stall) bekannt ist, bei dem die Luftströmung über dem Flügel sich ablöst und turbulente Wirbel entstehen. Diese Wirbel stören die gleichmäßige Luftströmung erheblich, reduzieren den Auftrieb signifikant und beeinträchtigen die Steuerfähigkeit des Flugzeugs. Es ist entscheidend, zu verhindern, dass der Anstellwinkel diesen kritischen Wert überschreitet, um einen stabilen und sicheren Flug aufrechtzuerhalten.

ID:(1165, 0)



Stall Fall

Zitat

Wenn der Anstellwinkel einen kritischen Wert überschreitet (in der Regel zwischen 15 und 30 Grad, abhängig von der Konstruktion), wird die Flügelfläche von Wirbeln bedeckt und der Auftrieb fällt abrupt auf null.

An diesem Punkt tritt das Phänomen des Strömungsabrisses (Stall) auf, bei dem der Luftstrom über dem Flügel abreißt und turbulente Wirbel entstehen. Diese Wirbel stören den gleichmäßigen Luftstrom erheblich, verringern den Auftrieb drastisch und beeinträchtigen die Flugzeugsteuerung. Es ist wichtig, zu vermeiden, dass der Anstellwinkel diesen kritischen Wert überschreitet, um einen stabilen und sicheren Flug zu gewährleisten.

ID:(1164, 0)



Fall von Boeing 747 Cargo in Bagram, Afghanistan

Übung

Der Flug von National Airlines 102, einem Frachtflugzeug des Typs Boeing 747-400, das in Bagram, Afghanistan, startete, endete tragisch am 29. April 2013 aufgrund einer Verschiebung der Ladung während des Starts. Die Verschiebung der Ladung führte zu einem Anstieg des Anstellwinkels, was zum Verlust des Auftriebs des Flügels führte, ein Phänomen, das als Strömungsabriss bekannt ist. Zusätzlich beschädigte die Ladungsverschiebung das hydraulische System der Heckrudern, was das Flugzeug unkontrollierbar machte. Bedauerlicherweise verloren alle 7 Besatzungsmitglieder sofort bei der Kollision ihr Leben.

Hier ist eine Simulation, die den tragischen Start zeigt: Simulation

ID:(11066, 0)



Modell

Gleichung


ID:(15189, 0)