Zum Inhalt springen
airliners.de

Technische fragen zu Flugzeugen


julianmilo

Empfohlene Beiträge

Hallo,

da ich neu im Forum bin möchte ich mich erstmal vorstellen:

Ich bin im Moment in der Mittelstufe eines Gymnasiums. Meine Hobbys sind Fotografieren, mit Freunden rausgehen

und natürlich meine Faszination zur Luftfahrt.

Jetzt zu meinen Fragen:

1) Wann ist ein Flugzeug Aerodynamisch? Genauer, welche Form muss es haben damit der Luftwiederstand gering ist und es genug Auftrieb hat?

2) Gibt es eine Formel für das Schub/Masse-Verhältnis? Also wieviel Schub für wieviel Masse benötigt wird?

3) Der Schwerpunkt des Flugzeuges sollte doch in der Mitte liegen oder?

4) Gibt es eine Formel für das m²(Flügel)/Masse Verhältnis? Also wieviel m² wieviel Auftrieb erzeugen der für wieviel Masse reicht?

5) Wie sollte ein Flügel aufgebaut sein? Ich glaube er muss so gebaut sein das die Luft oben einen längeren Weg hat als unten.

6) Die Flügel sollten in der Mitte sein oder?

Ok das waren erstmal meine Fragen. Wenn irgtendwelche Fragen total bekloppt sind tut es mir leid aber ich weiß nicht viel.

Viele Grüße und danke im Vorraus

julianmilo

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

3) Der Schwerpunkt des Flugzeuges sollte doch in der Mitte liegen oder?

julianmilo

 

Wenn der Schwerpunkt eines Flugzeuges genau in der Mitte wäre, könntest Du es ja vorne hochheben, wenn es auf dem Boden steht. Auch in der Luft hätte es doch keine stabile Fluglage, wenn jedes Lüftchen es zum Kippen bringen würde. Kann doch nicht sein, oder?

 

Nein, der Schwerpunkt ist vor den Tragflächen und vor dem Maingear. Jetzt könnte man sich natürlich fragen, dann müsste es ja vorne runter kippen, wenn es in der Luft ist. Um das zu verhindern ist das Höhenleitwek da, das den Rumpf hinten runter drückt.

 

Weiter fragt man sich jetzt, wie dieses "hinten runter drücken" so genau auf den vorderen Schwerpunkt abgestimmt ist. Ganz einfach, das Höhenleitwerk ist leicht rotierend am Rumf befestigt, man spricht von der Trimmung.

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

@SA261: Danke für die schnelle Antwort. :)

Dann wäre eine Frage schon mal beantwortet

 

Vielleicht solltest Du zuerst mal bei Wikipedia nach kucken, da sind viele solcher Fragen recht gut erklärt.

 

 

 

> Airbus380

Das gleiche trifft auf Deine Frage zu. An den Tragflächen gibt es kein Höhenruder! Du solltest Dir zuerst mal den Unterschied zwischen Tragfläche und Höhen- und Seitenruder klar machen.

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

 Also erstmal willkommen hier  ;)

 

 

 

 

 Also Aerodramatik und Physik im fortgeschrittenen Stadium sind nciht meine Steckenpferde, aber ich mach mal einen Anfang und gehe davon aus, dass andere weiteres schreiben:

 

 

 

 

1. Das ist eine wahrlich sehr allgemeine Frage. Aerodynamisch ist auch ein Ziegelstein, fraglich allerdings, wie gut er als beispiel für einen niedrigen aerodynamischen Widerstand herhalten kann.

 

 Mit dem Thema befassen sich ganze Lehrstöcke und Ingenieur-Abteilungen und dann muss man auch erstmal klären: Wie sieht der Einsatztzweck aus? Kampfflugzeuge die auch Überschall fliegen können, sehen völlig anders aus als Verkehrsflugzeuge. Für den Unterschall kann man aber eine runde Nase und Spitzer "Arsch" als aerodynamisch günstig bezeichnen, davon abweichend müssen Flugzeuge aber auch noch eine Menge anderer Anforderungen erfüllen die dann auch Einflusss auf die Form haben.

 

2. Gibt es bestimmt, nur kenne ich diese nicht. Aber als grobe Faustregel kann man etwa 20-30% Schubkraft im Vergleich zur Gewichtskraft anführen (die Triebwerke bringen diese Leistung allerdings nur rechnerisch auf Meereshöhe bei bestimmten Aussentemperaturen, im Reiseflug liefern die Triebwerke weitaus weniger Leistung). Die B777-300ER hat ~29% SCHUB/GEWICHTS-Verhältniss, der A340-600 HGW ~28% (hat aber eine weitaus bessere ONE-ENGINE-OUT-PERFORMANCE) und der A340-300 hats mit ~22% schon wesentlcih schwerer.

 

 nur der vollständigkeit halber: diese ONE-ENGINE-OUT-PERFORMANCE ist ein wichtiges Zulassungskriterium für Flugzeuge und beschreibt die Rahmenbedingungen, wenn wärend des Starts ein Triebwerk ausfällt. Anders gesagt, die Flugzeuge müssen vollbeladen selbst mit einem ausgefallenen Triebwerk noch starten/abheben können, werden die Rahmenbedingungen widrig (sehr hohe Plätze, kurze Startbahn) muss entsprechend das maximale Startgewicht angepasst werden. Logisch hierbei: bei einem Flugzeuge mit 2 Triebwerken fehlen schlagartig 50% Schub, bei Vierstrahler sind es nur 75%, dementsprechend haben 2-Motorige Flugzeuge oftmals ein besseres "Leistungsgewicht".

 

3. Fast, und man muss wieder sagen: kommt drauf an. (auf die gwünschte Wirkung und Einsatzzweck)

 

 Bei den meisten herkömmlichen Flugzeugen wie auch Airliner wird eine aerodynamisch stabile auslegung angestrebt, dabei ist der Schwerpunkt etwas vor dem Auftriebsmittelpunkt (der imaginäre Punkt auf der Tragfläche, an dem alle Auftriebskräfte wirksam werden). Eigentlcih müsste das Flugzeug vorne über kippen, dagegen ist hinten eine Höhenflosse inkl. Ruder verbaut. Diese erzeugen etwas Abtrieb und "spannen" das Flugzeug praktisch aerodynamisch ein. Wenns genauer sein soll: aerodynamische Längsstabilität, damit müsste sich was im www finden lassen.

 

4. ->? Warten wir mal auf die Profis

 

5. Du meinst wie das Profil gestalltet werden sollte: Ja im Prinzip kann man das erstmal so stehen lassen, würde aber die Arbeit der Aerodramatiker etwas unterbewerten ;) . Moderne Verkehrsflugzeuge besitzten transonische (oder auch superkritische) Flügelprofile die doch etwas anders aussehen, als das einer 152er Cessna. Dahinter steckt ziemlich viel Entwicklung und Hirnschmalz.

 

6. Kurz zurück zum Punkt 3. : am Schwerpunkt wirken alle nach unten gerichteten Kräfte, dieser liegt nur etwas vor dem Auftriebsmittelpunkt und der Auftriebsmittelpunkt muss logischerweise irgendwo im Bereich der Fläche liegen, daraus ergibt sich dann auch der Flügelanschlagpunkt am Rumpf, fast jedes Verkehrsflugzeug kann hier als gutes Beispiel dienen.

 

 

 

 

 gruss

 

 

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Hallo,

da ich neu im Forum bin möchte ich mich erstmal vorstellen:

Ich bin im Moment in der Mittelstufe eines Gymnasiums. Meine Hobbys sind Fotografieren, mit Freunden rausgehen

und natürlich meine Faszination zur Luftfahrt.

Jetzt zu meinen Fragen:

1) Wann ist ein Flugzeug Aerodynamisch? Genauer, welche Form muss es haben damit der Luftwiederstand gering ist und es genug Auftrieb hat?

2) Gibt es eine Formel für das Schub/Masse-Verhältnis? Also wieviel Schub für wieviel Masse benötigt wird?

3) Der Schwerpunkt des Flugzeuges sollte doch in der Mitte liegen oder?

4) Gibt es eine Formel für das m²(Flügel)/Masse Verhältnis? Also wieviel m² wieviel Auftrieb erzeugen der für wieviel Masse reicht?

5) Wie sollte ein Flügel aufgebaut sein? Ich glaube er muss so gebaut sein das die Luft oben einen längeren Weg hat als unten.

6) Die Flügel sollten in der Mitte sein oder?

Ok das waren erstmal meine Fragen. Wenn irgtendwelche Fragen total bekloppt sind tut es mir leid aber ich weiß nicht viel.

Viele Grüße und danke im Vorraus

julianmilo

Gute Fragen und eine gute Wiederholung für mich.

 

1. Aerodynamisch ist immer alles, heißt mehr oder weniger, dass dein Objekt, dein Flugzeug irgendwie Widerstand gegenüber der Luft bildet. Hierfür gibt es einen dimensionslosen Beiwert, der sich Auftriebsbeiwert, der sich cA nennt. Man benutzt diesen, um Gewicht, Staudrücke und Geschwindigkeiten zu vernachlässigen und die Rechnung zu vereinfachen, wenn es sich im Endeffekt nur um Vergleiche handelt.

Er stammt aus dieser Beziehung A (Auftrieb) = cA * 0,5 * rho * Geschwindigkeit ^2 * Flugelfläche.

 

Verhältnis zwischen Luftwiderstand und Auftrieb in Beiwerten ausgedrückt: cW = Nullwiderstand + induzierter Widerstand(durch Auftrieb): cW = cW0 + k* cA^2 (k ist eine Druckkonstante, die in der Luft 1,4 beträgt)

 

2. Das ist relativ und hängt stark von den Flügelflächen ab. Nicht vergessen, wenn ich unendliche großen Auftrieb habe, und ein kleines Gewicht, dann brauch ich ganz wenig Schub.

 

3. Hier unterscheidet man zwischen aerodynamischen Schwerpunkt und Massenschwerpunkt. Also einmal der Punkt, an dem der Auftrieb angreift und einmal dort, wo das gesamte Gewicht in der Summe das Flugzeug runterzieht. Ziel ist es den Massenschwerpunkt immer hinter den aerodynamischen zu haben, um das Flugzeug leicht instabil zu halten. Dies ermöglicht ein schnelles Nicken, bei ganz kleinen Auslenkungen vom Höhenruder, was wirtschaftlich günstig ist, da eine Auslenkung ziemlich viel Widerstand erzeugt.

 

4. Ja die gibt es und die lautet stark vereinfacht:

G_A/ F = cA * k * p * M^2 / 2 * kR und resultiert aus der einfachen mechanischen Betrachtung Gewicht = Auftrieb. (kR ist wieder so eine Konstante, abhängig von welchem Zeitpunkt du dein Gewicht annimst - kann mit ca. 0,98 angenommen werden)

 

5. Das stimmt nur theoretisch hat aber wenig mit dem Flügel an sich, als eher mit dem Flügelprofil zu tun. Aber ja, stark vereinfacht kann man sagen, der Weg über dem Flügel soll größer sein, als der unter ihm, um Auftrieb zu erzeugen.

 

6. Siehe Frage 3. Wo der Flügel positioniert sein sollte, hängt auch vom Massenschwerpunkt ab - das Flugzeug muss letztendlich instabil werden. Generell macht es aber mehr Sinn, um Rumpf-Effektiv auf das Rollmoment zu vermindern, den aerodynamischen Schwerpunkt relativ zentral zu legen, bzw. dann auch die Flügel.

 

Edit: Damn, eine Minute zu spät! argh - ich habs geahnt ;) - naja dann hast du jetzt zwei voneinander unabhängige Antworten

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

2. Gibt es bestimmt, nur kenne ich diese nicht. Aber als grobe Faustregel kann man etwa 20-30% Schubkraft im Vergleich zur Gewichtskraft anführen (die Triebwerke bringen diese Leistung allerdings nur rechnerisch auf Meereshöhe bei bestimmten Aussentemperaturen, im Reiseflug liefern die Triebwerke weitaus weniger Leistung). Die B777-300ER hat ~29% SCHUB/GEWICHTS-Verhältniss, der A340-600 HGW ~28% (hat aber eine weitaus bessere ONE-ENGINE-OUT-PERFORMANCE) und der A340-300 hats mit ~22% schon wesentlcih schwerer.

 

 nur der vollständigkeit halber: diese ONE-ENGINE-OUT-PERFORMANCE ist ein wichtiges Zulassungskriterium für Flugzeuge und beschreibt die Rahmenbedingungen, wenn wärend des Starts ein Triebwerk ausfällt. Anders gesagt, die Flugzeuge müssen vollbeladen selbst mit einem ausgefallenen Triebwerk noch starten/abheben können, werden die Rahmenbedingungen widrig (sehr hohe Plätze, kurze Startbahn) muss entsprechend das maximale Startgewicht angepasst werden. Logisch hierbei: bei einem Flugzeuge mit 2 Triebwerken fehlen schlagartig 50% Schub, bei Vierstrahler sind es nur 75%, dementsprechend haben 2-Motorige Flugzeuge oftmals ein besseres "Leistungsgewicht".

´

 

Erstmals bin ich "positiv" überrascht, dass es auch außerhalb des Thread zum Thema Bahnanbindung zum BBI, noch Leute gibt, die so lange, gute Antworten bringen!! ;) !

 

Ansonsten aber wundert es mich, dass wenn bei nem Vierstrahler ein Triebwerk ausfällt, plötzlich 75% Schub fehlen :lol: !!!

 

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

´Ansonsten aber wundert es mich, dass wenn bei nem Vierstrahler ein Triebwerk ausfällt, plötzlich 75% Schub fehlen :lol: !!!

 

Steigen die dann nur noch mit der Erdkrümmung?

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Ansonsten aber wundert es mich, dass wenn bei nem Vierstrahler ein Triebwerk ausfällt, plötzlich 75% Schub fehlen   :lol: !!!

 

 

 

 

 AHHH, natürlich, danke für den Hinweis, ich meinte natürlich dass dann noch 75% Schub vorhanden sind und nciht fehlen, irgendwie nen dreher/Knoten im Kopf gehabt.  :blink:

 

 

Noch schlimmer als ein Triebwerksausfall ist für die 340-300er FOs, wenn eine Tankklappe aufsteht:

 

 Ich finds cool, dass er rausklettern will und diese schliessen  B)  

 

 

 

 

 

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

4) Gibt es eine Formel für das m²(Flügel)/Masse Verhältnis? Also wieviel m² wieviel Auftrieb erzeugen der für wieviel Masse reicht?

 

DIe entscheidenden Begriffe in diesem Zusammenhang sind Auftriebsbeiwert und Flächenbelastung:

 

http://de.wikipedia.org/wiki/Auftriebsbeiwert

http://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%A4chenb...g_(Fl%C3%BCgel)

http://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BCgelfl%C3%A4che

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Gute Fragen und eine gute Wiederholung für mich.

 

3. Hier unterscheidet man zwischen aerodynamischen Schwerpunkt und Massenschwerpunkt. Also einmal der Punkt, an dem der Auftrieb angreift und einmal dort, wo das gesamte Gewicht in der Summe das Flugzeug runterzieht. Ziel ist es den Massenschwerpunkt immer hinter den aerodynamischen zu haben, um das Flugzeug leicht instabil zu halten. Dies ermöglicht ein schnelles Nicken, bei ganz kleinen Auslenkungen vom Höhenruder, was wirtschaftlich günstig ist, da eine Auslenkung ziemlich viel Widerstand erzeugt.

 

Ich kenne das, was du als aerodynamischen Schwerpunkt bezeichnest als Neutralpunkt. Wobei man hier eigentlich auch noch differenzieren müsste zwischen Neutralpunkt der Flügel-Rumpf-Kombination und dem Neutralpunkt des Gesamtflugzeuges (Einfluss des Flügelabwindes und Höhenleitwerkseinfluss). Um ein Flugzeug zu haben, das eigenstabil (das Flugzeug gleicht Störungen von alleine wieder aus) ist, muss der (Massen-)Schwerpunkt vor dem Neutralpunkt des Gesamtflugzeuges liegen

 

Bei dieser Frage kommt es auch darauf an, was man erreichen will. Will man gute Flugleistungen, wie z.B. im Reiseflug, dann sollte die SP-Lage ganz leicht instabil ausgelegt sein (wie oben schon erwähnt.) Dadurch erreicht man einen kleineren Widerstand (unabhängig von der Auslenkung des Höhenleitwerks), weil sich auch der Auftrieb verringert. Will man jedoch gute Flugeigenschaften, wie z.B. in der Landephase, dann sollte der SP vor dem NP liegen. Großes Stabilitätsmaß = großer Auftrieb, mehr Abtrieb am Höhenleitwerk, eigenstabiles Verhalten allerdings dadurch verringerte Flugleistungen, da mit dem Auftrieb auch der Widerstand wächst.

Hoffe, das war als Ergänzung hilfreich.

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

5) Wie sollte ein Flügel aufgebaut sein? Ich glaube er muss so gebaut sein das die Luft oben einen längeren Weg hat als unten.

 

Als Ergänzung zu den anderen Antworten hier, noch das Warum muss der Flügel so aufgebaut sein. Durch eine Wölbung der Profiloberseite des Flügels erreicht man das von dir Angesprochene. Nach der Kontinuitätsgleichung muss die Luft dadurch auf der Oberseite des Profils schneller strömen, als auf der Unterseite. Dadurch ergibt sich ein weiterer physikalischer Effekt. Dort wo die Luft schneller strömt (also oben) fällt der Druck ab, während es auf der Seite des langsamer strömenden Fluids den gegenteiligen Effekt gibt, also der Druck steigt (nach Bernoulli/Venturi). Durch das Bestreben der den Flügel umstrebenden Luft einen Druckausgleich herzustellen wird dann die Kraft erzeugt, die man als Auftrieb kennt. Zusätzlich entstehen aber auch Ausgleichsströmung (Druckausgleich), wodurch sich ein induzierter Widerstand ergibt und Luftwirbel am Ende der Tragflügelspitzen entstehen.

 

Hoffe auch diese zusätzliche Erläuterung war hilfreich.

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Ich kenne das, was du als aerodynamischen Schwerpunkt bezeichnest als Neutralpunkt. Wobei man hier eigentlich auch noch differenzieren müsste zwischen Neutralpunkt der Flügel-Rumpf-Kombination und dem Neutralpunkt des Gesamtflugzeuges (Einfluss des Flügelabwindes und Höhenleitwerkseinfluss). Um ein Flugzeug zu haben, das eigenstabil (das Flugzeug gleicht Störungen von alleine wieder aus) ist, muss der (Massen-)Schwerpunkt vor dem Neutralpunkt des Gesamtflugzeuges liegen

 

Bei dieser Frage kommt es auch darauf an, was man erreichen will. Will man gute Flugleistungen, wie z.B. im Reiseflug, dann sollte die SP-Lage ganz leicht instabil ausgelegt sein (wie oben schon erwähnt.) Dadurch erreicht man einen kleineren Widerstand (unabhängig von der Auslenkung des Höhenleitwerks), weil sich auch der Auftrieb verringert. Will man jedoch gute Flugeigenschaften, wie z.B. in der Landephase, dann sollte der SP vor dem NP liegen. Großes Stabilitätsmaß = großer Auftrieb, mehr Abtrieb am Höhenleitwerk, eigenstabiles Verhalten allerdings dadurch verringerte Flugleistungen, da mit dem Auftrieb auch der Widerstand wächst.

Hoffe, das war als Ergänzung hilfreich.

 

Der Neutralpunkt ist der aerodynamische Schwerpunkt, hab es nur so genannt, um es plausible klingen zu lassen. Allerdings verstehe ich dein Punkt nicht, was die Auftriebgröße mit der Stabilität zu tun hat, wenn es ausschließlich auf die Lage des Schwerpunktes und des Neutralpunktes darauf ankommt. Man benötigt bei instabilen Flugzeugen einen geringeren Auftrieb/Abtrieb, um, bedingt durch die Lage der Hebelarme, einen kleineres Nickmoment/Steuermoment zu erzeugen.

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Denkt ihr eigentlich daran, dass es die Frage eines Mittelstufen-Schülers war?

Bestimmt wollte er noch nicht gleich in Luft- u. Raumfahrt promovieren.

Noch nicht aber bald B)

@alle: Danke für die vielen guten Antworten! Ich werd jetzt erst mal versuchen das ganze zu verstehen.

Bestimmt fallen mir noch ein paar Fragen ein, die ich dann auch stellen werde.

Viele Grüße

Julianmilo

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Bestimmt wollte er noch nicht gleich in Luft- u. Raumfahrt promovieren.

 

Die Fragen kann man sich nach der Veranstaltung "Einführung in die Luft- und Raumfahrttechnik" locker beantworten. Einem Kurs, der nur 6 LP gibt von insgesamten 180 LP im Bachelor in dieser Studienrichtung. :) - so krass sind die Antworten also nicht ;)

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Denkt ihr eigentlich daran, dass es die Frage eines Mittelstufen-Schülers war?

Bestimmt wollte er noch nicht gleich in Luft- u. Raumfahrt promovieren.

Schon, daher hatte ich es auch als Ergänzung (wie erwähnt) zu den Antworten von Dir und Anderen geschrieben, falls sich jemand noch weitergehend für die physikalischen Effekte/Gesetze hinter den Fragen interessiert. Und ich wollte dich mit dem Neutralpunkt in keiner Weise verbessern, sondern nur erwähnen, dass ich den aerodynamischen Schwerpunkt unter dieser Bezeichnung kenne.

 

@azhaG: Uuppss ja da hab ich euch durcheinandergehauen :rolleyes:

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Schon, daher hatte ich es auch als Ergänzung (wie erwähnt) zu den Antworten von Dir und Anderen geschrieben, falls sich jemand noch weitergehend für die physikalischen Effekte/Gesetze hinter den Fragen interessiert. Und ich wollte dich mit dem Neutralpunkt in keiner Weise verbessern, sondern nur erwähnen, dass ich den aerodynamischen Schwerpunkt unter dieser Bezeichnung kenne.

 

Du hast mich verwechselt! ;)

 

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Keiner fühlte sich hier verbessert oder sonst wie in der Ehre angekratzt. Nur wenn wie aus der Fragestellung ersichtlich der Schüler der Meinung war, der Schwerpunkt eines Flugzeuges wäre an der Tragfläche, sollte er sich zuerst einmal klar machen, welche Kräfte grundsätzlich auf ein Flugzeug wirken. Auch ansonsten techn. Interessierte begehen oft den Fehler, das Höhenleitwerk für eine zweite Auftriebshilfe zu halten.

 

Ein weiterer grundsätzlicher Anfänger-Fehler ist oft, der hier zwar nicht zur Debatte stand, sich nicht über den Unterschied zwischen Ground- und Airspeed bewusst zu sein. Viele meinen z.B, dass die Fluggeschwindigkeit doch viel besser mit einem Navi, statt mit dem Staurohr zu messen wäre. In dem Fall würde ich es am Beispiel eines alten Doppeldeckers erklären, der bei entspr. Gegenwind auf der Stelle fliegt und nicht mit Luftdichte etc..

 

Auf jeden Fall ist es doch super, dass auch Schüler hier ihre Fragen stellen können und auch viele gute Antworten bekommen.

Link zu diesem Kommentar
Auf anderen Seiten teilen

Archiviert

Dieses Thema ist jetzt archiviert und für weitere Antworten gesperrt.

×
×
  • Neu erstellen...