Auftriebskoeffizient – Wikipedia

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Das Auftriebskoeffizient ((C.L.) ist ein dimensionsloser Koeffizient, der den von einem Hubkörper erzeugten Auftrieb mit der Fluiddichte um den Körper, der Fluidgeschwindigkeit und einem zugehörigen Referenzbereich in Beziehung setzt. Ein Hubkörper ist eine Folie oder ein vollständiger folientragender Körper wie ein Starrflügelflugzeug. C.L. ist eine Funktion des Winkels des Körpers zur Strömung, seiner Reynolds-Zahl und seiner Mach-Zahl. Der Abschnittshubkoeffizient cl bezieht sich auf die dynamischen Auftriebseigenschaften eines zweidimensionalen Folienabschnitts, wobei der Referenzbereich durch den Folienakkord ersetzt wird.[1][2]

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Definitionen[edit]

Der Auftriebskoeffizient C.L. ist definiert durch[2][3]

wo

L.{ displaystyle L ,}

ist die Auftriebskraft,

S.{ displaystyle S ,}

ist die relevante Oberfläche und

q{ displaystyle q ,}

ist der fluiddynamische Druck, der wiederum mit der Fluiddichte verbunden ist

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ρ{ displaystyle rho ,}

und auf die Strömungsgeschwindigkeit

u{ displaystyle u ,}

. Die Wahl der Referenzfläche sollte angegeben werden, da diese beliebig ist. Beispielsweise ist bei zylindrischen Profilen (der 3D-Extrusion eines Schaufelblatts in Spannweitenrichtung) diese immer in Spannweitenrichtung ausgerichtet, während in der Aerodynamik und der Theorie des dünnen Schaufelblatts die zweite Achse, die die Oberfläche erzeugt, üblicherweise in Sehnenrichtung ist:

was zu einem Koeffizienten führt:

Bei dicken Tragflächen und in der Meeresdynamik wird die zweite Achse manchmal in Dickenrichtung genommen:

was zu einem anderen Koeffizienten führt:

Das Verhältnis zwischen diesen beiden Koeffizienten ist das Dickenverhältnis:

Der Auftriebskoeffizient kann unter Verwendung der Hebelinientheorie angenähert werden.[4] numerisch berechnet oder gemessen in einem Windkanaltest einer vollständigen Flugzeugkonfiguration.

Abschnittshubkoeffizient[edit]

Eine typische Kurve, die den Auftriebskoeffizienten des Abschnitts gegenüber dem Anstellwinkel für ein gewölbtes Tragflächenprofil zeigt

Der Auftriebskoeffizient kann auch als Merkmal einer bestimmten Form (oder eines bestimmten Querschnitts) eines Tragflügels verwendet werden. In dieser Anwendung heißt es die Abschnittshubkoeffizient

cl{ displaystyle c _ { text {l}}}

. Es ist üblich, für einen bestimmten Tragflächenabschnitt die Beziehung zwischen dem Auftriebskoeffizienten des Abschnitts und dem Anstellwinkel zu zeigen.[5] Es ist auch nützlich, die Beziehung zwischen dem Abschnittshubkoeffizienten und dem Widerstandskoeffizienten zu zeigen.

Der Abschnittshubkoeffizient basiert auf einer zweidimensionalen Strömung über einen Flügel mit unendlicher Spannweite und nicht variierendem Querschnitt, sodass der Auftrieb unabhängig von Spannweiteneffekten ist und in Bezug auf definiert wird

l{ displaystyle l}

die Auftriebskraft pro Einheitsspanne des Flügels. Die Definition wird

Dabei ist L die Referenzlänge, die immer angegeben werden sollte: In der Aerodynamik und der Tragflächentheorie normalerweise die Tragflächensehne

c{ displaystyle c ,}

gewählt wird, während in der marinen Dynamik und für Streben in der Regel die Dicke

t{ displaystyle t ,}

ist gewählt. Beachten Sie, dass dies direkt analog zum Widerstandsbeiwert ist, da der Akkord als “Fläche pro Spanneneinheit” interpretiert werden kann.

Für einen bestimmten Anstellwinkel cl kann ungefähr unter Verwendung der Theorie des dünnen Tragflügels berechnet werden,[6] numerisch berechnet oder aus Windkanaltests an einem Teststück endlicher Länge mit Endplatten bestimmt, um die dreidimensionalen Effekte zu verbessern. Grundstücke von cl versus Anstellwinkel zeigen für alle Tragflächen die gleiche allgemeine Form, aber die jeweiligen Zahlen variieren. Sie zeigen einen nahezu linearen Anstieg des Auftriebskoeffizienten mit zunehmendem Anstellwinkel mit einem Gradienten, der als Auftriebsneigung bekannt ist. Für ein dünnes Tragflächenprofil beliebiger Form beträgt die Auftriebsneigung π2/ 90 ≤ 0,11 pro Grad. Bei höheren Winkeln wird ein Maximalpunkt erreicht, wonach sich der Auftriebskoeffizient verringert. Der Winkel, unter dem der maximale Auftriebskoeffizient auftritt, ist der Strömungsabrisswinkel des Schaufelblatts, der bei einem typischen Schaufelblatt ungefähr 10 bis 15 Grad beträgt.

Der Strömungsabrisswinkel für ein gegebenes Profil nimmt auch mit zunehmenden Werten der Reynolds-Zahl zu, wobei bei höheren Geschwindigkeiten die Strömung tatsächlich dazu neigt, am Profil haften zu bleiben, um den Strömungsabrisszustand länger zu verzögern[7][8]. Aus diesem Grund können manchmal Windkanaltests, die bei niedrigeren Reynolds-Zahlen als dem simulierten realen Zustand durchgeführt werden, konservative Rückmeldungen geben, die das Abwürgen der Profile überschätzen.

Symmetrische Tragflächen haben notwendigerweise Diagramme von cl versus Anstellwinkel symmetrisch um die cl Achse, aber für jedes Tragflächenprofil mit positivem Sturz, dh asymmetrisch, von oben konvex, gibt es immer noch einen kleinen, aber positiven Auftriebskoeffizienten mit Anstellwinkeln von weniger als Null. Das heißt, der Winkel, in dem cl = 0 ist negativ. Bei solchen Tragflächen mit einem Anstellwinkel von Null sind die Drücke auf der Oberseite geringer als auf der Unterseite.

Siehe auch[edit]

  1. ^ Clancy, LJ (1975). Aerodynamik. New York: John Wiley & Sons. Abschnitte 4.15 und 5.4.
  2. ^ ein b Abbott, Ira H. und Doenhoff, Albert E. von: Theorie der Flügelabschnitte. Abschnitt 1.2
  3. ^ Clancy, LJ: Aerodynamik. Abschnitt 4.15
  4. ^ Clancy, LJ: Aerodynamik. Abschnitt 8.11
  5. ^ Abbott, Ira H. und Von Doenhoff, Albert E.: Theorie der Flügelabschnitte. Anhang IV
  6. ^ Clancy, LJ: Aerodynamik. Abschnitt 8.2
  7. ^ Katz, J. (2004). Rennwagen-Aerodynamik. Cambridge, MA: Bentley Publishers. p. 93. ISBN 0-8376-0142-8.
  8. ^ Katz, J; Plotkin, A (2001). Low-Speed-Aerodynamik: Von der Flügeltheorie zu Panel-Methoden. Cambridge University Press. p. 525.

Verweise[edit]

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