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.
ID:(1462, 0)
Auftriebskoeffizient
Beschreibung
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
Beschreibung
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
Beschreibung
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
Video
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
Konzept
Variablen
Parameter
Ausgewählter Parameter
Berechnungen
Gleichung
$ \alpha =\displaystyle\frac{2 m g }{ c \rho S_w }\displaystyle\frac{1}{ v ^2}$
alpha =2* m * g /( c * rho * S_w * v ^2)
$ C_L = c \alpha $
C_L = c * alpha
$ C_L =\displaystyle\frac{2 m g }{ \rho S_w }\displaystyle\frac{1}{ v ^2}$
C_L =2* m * g /( rho * S_w * v ^2)
$ F_L =\displaystyle\frac{1}{2} \rho S_w C_L v ^2$
F_L = rho * S_w * C_L * v ^2/2
ID:(15189, 0)
Auftriebskraft
Gleichung
Um einen höheren Druck unterhalb als oberhalb des Flügels zu erzeugen und Auftrieb zu generieren, wird das Bernoulli-Prinzip angewendet und die fehlende Energieerhaltungsdichte durch ein Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$) korrigiert. Der Druck über dem Flügel, 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 geschätzt werden:
 $ F_L =\displaystyle\frac{1}{2} \rho S_w C_L v ^2$ |
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
| $ F_L = \rho L ( c_b l_b - c_t l_t ) v ^2$ |
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 ($l_b$),
| $ S_w = \displaystyle\frac{1}{2} L ( l_t + l_b )$ |
und für der Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$), definiert als
| $ C_L = 4\displaystyle\frac{ c_t l_t - c_b l_b }{ l_t + l_b }$ |
erhalten wir
| $ F_L =\displaystyle\frac{1}{2} \rho S_w C_L v ^2$ |
ID:(4417, 0)
Auftriebsbeiwert
Gleichung
Aus Messungen geht hervor, dass der Auftriebskoeffizient $C_L$ proportional zum Anstellwinkel $\alpha$ ist:
| $ C_L = c \alpha $ |
Nach einem bestimmten Winkel nimmt die Kurve ab und erreicht schließlich den Wert Null. Dies liegt daran, dass über diesem kritischen Winkel die Wirbel vollständig die obere Fläche des Flügels bedecken und somit der Auftrieb verloren geht. Dieses Phänomen wird als \"Strömungsabriss\" bezeichnet.
ID:(4441, 0)
Gleichgewichtsunterstützungskoeffizient
Gleichung
Die Bedingung für das Erreichen des Fluges wird erfüllt, 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 Geschwindigkeit in Bezug auf das Medium ($v$), 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 können Piloten den Wert von der Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$) mithilfe von Klappen ändern, deren Wert folgende Bedingung erfüllen muss:
| $ C_L =\displaystyle\frac{2 m g }{ \rho S_w }\displaystyle\frac{1}{ v ^2}$ |
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
| $ F_L =\displaystyle\frac{1}{2} \rho S_w C_L v ^2$ |
repräsentiert, was zusammen mit die Körpermasse ($m$) und die Gravitationsbeschleunigung ($g$) gleich sein muss:
| $ F_g = m g $ |
das heißt:
$\displaystyle\frac{1}{2}\rho S_wC_Lv^2=mg$
daraus ergibt sich:
| $ C_L =\displaystyle\frac{2 m g }{ \rho S_w }\displaystyle\frac{1}{ v ^2}$ |
Die Klappen werden durch Ändern des Winkels eingestellt, den der Flügel zur Flugrichtung bildet, bekannt als Anstellwinkel.
ID:(4442, 0)
Angriffswinkel
Gleichung
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:
| $ \alpha =\displaystyle\frac{2 m g }{ c \rho S_w }\displaystyle\frac{1}{ v ^2}$ |
Der Koeffizient Fahrstuhl ($C_L$) wird wie folgt mit die Körpermasse ($m$), die Gravitationsbeschleunigung ($g$), die Oberfläche, die Auftrieb erzeugt ($S_w$), die Dichte ($\rho$) und die Geschwindigkeit in Bezug auf das Medium ($v$) berechnet:
| $ C_L =\displaystyle\frac{2 m g }{ \rho S_w }\displaystyle\frac{1}{ v ^2}$ |
Daher, mit die Proportionalitätskonstante Koeffizient Nachhaltigkeit ($c$) und der Anstellwinkel eines Flügels ($\alpha$),
| $ C_L = c \alpha $ |
erhalten wir
| $ \alpha =\displaystyle\frac{2 m g }{ c \rho S_w }\displaystyle\frac{1}{ v ^2}$ |
wobei $m$ die Masse, $g$ die Erdbeschleunigung, $\rho$ die Dichte des Mediums, $S_w$ die Flügelfläche und $c$ die Proportionalitätskonstante zwischen dem Auftriebskoeffizienten und dem Anstellwinkel sind.
ID:(4443, 0)
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Video
Video: Stall-Effekt