Strömung und deren Beeinflussung durch Winglets, Wingtips und Co.

Maxi-Air

Mitglied
Hallo, ich hoffe ihr könnt mir helfen, ob sich das jetzt nur auf Technik bezieht weiß ich aber auch nicht ganz genau.....:whistle:

Genauer geht es um das Thema:

"Strömung und deren Beeinflussung durch Winglets, Wingtips und Co."

So oder so ähnlich wird das Thema heißen und da wollt ich euch doch mal fragen, ob ihr da auf passende Fachliteratur oder anderes Material hinweisen könnt?

Im Kern der FA wird wahrscheinlich ein Experiment im Strömungskanal mit Nachbauten der Flügelenden stehen, das ganze soll/muss aber noch mit Fachwissen unterfüttert werden.

Und nicht, dass ihr denkt, ich lass euch, die ganze Arbeit dazu machen und warte hier auf fertige Ergebnisse, nein, Buchtipps und Ähnliches reichen mir da völlig aus ;)

Danke schonmal!
 
Hatte gerade gestern ein paar Zeilen zum Thema gelesen, da Lufthansa ja alle 22 neuen A320 die bis 2015 zur Flotte kommen mit Sharklets ausstattet. Und da das Thema vielleicht allgemein interessiert...

Winglets der A330/A340, Wingtip Fences der A310/A320 und jetzt bspw. auch die neuen Sharklets, sind der Natur abgeschaut. Große Vögel wie Kranich und Kondor knicken ihre Flügelenden nach oben um weniger Energie aufzuwenden.
Mit diesen Features wird am Flugzeug der induzierte (auftriebsabhängige) Wiederstand an den Tragflächenenden reduziert. Also an der Stelle wo sich Überdruck der Flächenunterseite und Unterdruck der Flächenoberseite ausgleichen und die bekannten Verwirbelungen/Wirbelschleppen entstehen. Die Sharklets verhindern den ungestörten Druckausgleich und verbessern die Aerodynamik. Der kleine verbleibende Druckunterschied wird dabei förmlich auf die Spitze der Enden getrieben. Interessantes Thema wie ich finde... Bei erhöhtem Anstellwinkel bei langsamerem Fliegen verstärkt sich dieser Effekt noch.
 
Große Vögel wie Kranich und Kondor knicken ihre Flügelenden nach oben um weniger Energie aufzuwenden.
Dazu muss man auch sagen, dass es ganz so "einfach" nicht ist. Da sich Flugzeuge in anderen Geschwindigkeitsbereichen aufhalten, oder besser, "in" anderen Reynoldsschen Zahlen fliegen kann man solche Erfahrungen nicht einfach ummünzen, denn was an einem Adlerflügel gut funktioniert, muss an einer A380-Fläche noch lange nicht gehen.

Wie umfangreich soll den diese Facharbeit werden, also reden wir von Realschule, Weiterführende Schule oder gar Hochschule ect. pp.
 
Dazu muss man auch sagen, dass es ganz so "einfach" nicht ist. Da sich Flugzeuge in anderen Geschwindigkeitsbereichen aufhalten, oder besser, "in" anderen Reynoldsschen Zahlen fliegen kann man solche Erfahrungen nicht einfach ummünzen, denn was an einem Adlerflügel gut funktioniert, muss an einer A380-Fläche noch lange nicht gehen.

Wie umfangreich soll den diese Facharbeit werden, also reden wir von Realschule, Weiterführende Schule oder gar Hochschule ect. pp.
Oberstufe Gymnasium, Q1, also was der 11 bei 12 Jahren entspricht. Wir reden von nur 12 Seiten (+Bilder etc.) in Schriftgröße 11 ;) Danke schonmal :)
 
Oh MUCFLYER, das ist vielleicht falsch rüber gekommen, ich wollte deine Aussagen nicht korrigieren, ganz im Gegenteil. Leider ist Aerodramatik auch nicht gerade mein Steckenpferd, weil es ab einem gewissen Level irgendwie schlagartig echt kompliziert wird.

Wir reden von nur 12 Seiten (+Bilder etc.) in Schriftgröße 11
Das ist doch mehr, als ich eigentlich dachte, vorallem wenn es exkl. Bilder ist.

Aber ich kann ein paar Links Sponsorn:

1. http://www.amazon.de/Technik-modern...8964/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1354367102&sr=8-1

Dient eher dazu, die grundlegenden Zusammenhänge zu verstehen, wird dann aber etwas "dünn" wennman mehr wissen will

2. http://www.amazon.de/Technologie-Fl...1597/ref=sr_1_6?ie=UTF8&qid=1354367102&sr=8-6

Das Standardwerk vieler Fluggerätemechaniker AZUBIs, geht schon mehr ins Detail und würde ich eher in Richtung "Ende Lehre oder Oberstufe und Anfang Studium" schieben. Gute Erklärungen, die auch mit teilweise Formeln belegt werden, erschlägt das meiste rund um moderne (vor allem aber nicht nur ) Verkehrsflugzeuge.

3.
http://www.nasa.gov/centers/dryden/about/Organizations/Technology/Facts/TF-2004-15-DFRC.html

4.
http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/aero_17/winglet_story.html

5.
http://www.fliegerweb.com/inhalte//...turaarbeit_Winglets/Maturaarbeit_Winglets.pdf

Sehr gute Matura-Arbeit, sehr interessant mit tollen Fotos
 
Danke für die Lektüre. Ich habe jetzt nur ein wenig quer gelesen, aber eine Frage kam mir in den Sinn.
Wenn Wakes durch Winglets und Co reduziert werden können, hat dieser Effekt bereits dazu beigetragen die separation in der Anflugstaffelung hinter dem jeweiligen Typ zu reduzieren?
Geeignetes Beispiel, die B757. Sie produziert nackt mit die größten Wakes, wie schaut es nach der Aufrüstung mit ihren großen Winglets aus?
 
Danke PEOPLES, das ist genau sowas, was ich gesucht habe, die Bücher werd ich mir sicher bestellen, Formeln, hat mein Physiklehrer gesagt, brauch ich beim Thema Strömung nicht ausführlich berücksichtigen, weil die ebend nicht so einfach sind, das wär dann was fürs Studium ;) Und in den 12 Seiten muss natürlich auch das Experiment (Strömungskanal mit unterschiedlichen Winglet-Nachbauten) beschrieben werden!

DANKE!
 
Zuletzt bearbeitet:
Wenn Wakes durch Winglets und Co reduziert werden können, hat dieser Effekt bereits dazu beigetragen die separation in der Anflugstaffelung hinter dem jeweiligen Typ zu reduzieren?
Klingt logisch, aber die Staffelung der Flugzeuge wird doch anhand des MTOW's festgelegt und dann auch nur "grob" eingeteilt in Light, Medium, Heavy und Super Heavy (A380), sprich da dürfte sich für die 757 nichts geändert haben.

die Bücher werd ich mir sicher bestellen
Wenn du ohnehin das aus dem 2. Link orderst, brauchst du (meiner Meinung nach) das 1. nicht wirklich, zumindest nicht, weil es technisch noch mehr Infos beinhaltet, vielleicht ist es aber etwas "einfacher" verfasst. Wenn du dann Versuche im Windkanal unternimmst wirst du ohnehin früher oder später darauf stoßen: http://de.wikipedia.org/wiki/Reynolds-Zahl

Viel Erfolg und halt uns auf dem Laufenden.
 
Zuletzt bearbeitet:
So, es ist ja nun doch schon ein paar Tage her, seitdem ich das hier angestoßen hab
Nachdem unser Experiment aufgrund der Wetterbedingungen noch verschoben werden musste, sollte ich die Facharbeit zumindest bis dahin beenden und das hab ich auch gemacht. Bevor ich die nach den Ferien abgebe, wollte ich auch euch die Möglichkeit geben, sie zu lesen, schließlich hab ich ja im perönlichen Umfeld keinen, der sich mit der Materie auskennt.

Die Facharbeit hier http://maxi-air.bplaced.de/Facharbeit.pdf

Also über Korrekturvorschläge bin ich immer dankbar!

Bei der Erarbeitung der aerodynamischen Grundlagen hab ich mich vor allem an dieses Buch gehalten:
http://www.amazon.de/Technik-modern...8964/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1354367102&sr=8-1

Abgesehen davon ist das natürlich nicht als Aufforderung oder Pflicht zu verstehen, ich poste das auch extra nochmal vorher, weil der Wunsch ja bestand auf dem Laufenden gehalten zu werden, wie gesagt, über Leser und Kommentare von jedem und insbesondere von denen mit fachlichen Hintergrund, freu ich mich natürlich besonders ;)

Jetzt gehts erstmal morgen von HAJ nach AYT, Videos gibts dann auch ;)

Vielen Dank, viele Grüsse
 
...Also über Korrekturvorschläge bin ich immer dankbar!...
- Du kannst beim zu benutzenden Kerosin noch 3500 liter hinzufügen. ;)
- Die MSN 5428 hat Sharklets nicht Winglets (als Grunddefinition für das Kapitel 3 würde ich "Wingtip device" wählen, denn die Bezeichnungen variieren je nach Hersteller und Muster)
- Bei der 737MAX benutzt Boeing in Präsentationen den Begriff "AT winglet" (Advanced Technology)
 
Auf Seite 17 steht "McDonall Douglas" - McDonnell Douglas meinst Du sicherlich. Übrigens kann es sein, dass Mischformen schon Anfang der 1980er an einer DC-10 getestet wurden. Kann mich nur an eine von Continental Airlines angemietete DC-10 erinnern, die testweise mit Mischformen unterwegs war, bin mir da aber nicht sicher, ob es dann schon stark dem Ergebnis ähnelte, wie dies später bei der MD-11 umgesetzt wurde.

Gruss
 
Hab mal kurz quer gelesen, wobei mir nur mal eben was aufgefallen ist (S.6):
Beim Überschreiten des maximalen Auftriebswertes durch weiteres Erhöhen des Anstellwinkels reißt die Luftströmung ab und der Flügel trägt keine Last mehr und kann damit das Flugzeug nicht mehr in der Luft halten, wodurch das Flugzeug anfängt, taumelnd an Höhe zu verlieren

Erstmal (wenn's auch etwas kleinkariert ist): Der maximale Auftriebsbeiwert kann nicht überschritten werden, deswegen ist er ja "maximal" ;), man kann nur den zugehörigen kritischen Anstellwinkel überschreiten. Dazu fallen die Flugzeuge die ich kenne beim Stall nicht "taumelnd" vom Himmel, in der Regel ist das Überziehverhalten recht gutmütig. D.h. der Flieger nimmt die Nase praktisch von selbst runter (auch aufgrund der Druckpunktverlagerung), eventuell stellt sich bei Propellerfliegern (wenn die Seitenruderkontrolle verbesserungsbedürftig war :rolleyes:) eine leichte bank ein (vllt. 10°) und das war's, der Vorgang ist recht unspektakulär.
In dieser Flugsituation kann man durch das Absenken der Nase wieder Fahrt aufnehmen, wodurch, ab ausreichender Geschwindigkeit, die Strömung wieder anliegt und man das Flugzeug abfangen kann. Sollte einem das, wie im Fall von Air France Flug AF 447, wenn man zum Beispiel die visuelle Orientierung verliert, nicht gelingen, gerät das Flugzeug in ein unkontrollierbares Trudeln und stürzt ab.

Mit so einer Aussage wäre ich vorsichtig. Trudeln/spin ist ein asymmetrischer Stall, d.h. eine Fläche ist "stärker gestalled" als die andere. Das erreicht man u.a. durch Treten des Seitenruders kurz vor dem Stall oder Betätigung der Querruder im Grenzflugbereich. Es ist also nicht so, dass ein länger andauernder Strömungsabriss automatisch zum Trudeln führt (das ist je nach Flugzeug gar nicht mal so einfach einzuleiten) und soweit ich weiß war AF447 nicht definitiv im spin.

Ich wünsch dir viel Spaß bei der Windkanalmessung (gerade im Bereich der niedrigen Reynoldszahlen kann's da zu sehr "lustigen" Effekten kommen ;)
 
Es ist also nicht so, dass ein länger andauernder Strömungsabriss automatisch zum Trudeln führt (das ist je nach Flugzeug gar nicht mal so einfach einzuleiten)

Es gibt auch genug Flugzeuge die das Trudeln selbstständig wieder ausleiten, wenn man das Seitenruder nicht mehr tritt.


Die Arbeit ist nicht ganz so technisch eloquent geschrieben und gibt ihr einen gewissen "Schüler-Flair", was aber nicht schlecht ist.
Nur ein paar Anmerkungen, wobei ich nicht weiss, ob das nun von Relevanz ist und ob man Das "so eng" sehen muss.

Seite 3:
Nach dem archimedischem Prinzip des statischen Auftriebs, ist ,,die Auftriebskraft
eines Körpers in einem Medium genau so groß, wie die Gewichtskraft des vom Körper
verdrängten Mediums"(Zitat)[1], doch obwohl das Flugzeug, was wesentlich mehr
Masse hat, bei gleichem Volumen, wie Luft, fliegt es und deswegen wirken bei einem
Flugzeug weitere Kräfte, die es zum Fliegen bringen.
"Flugzeuge" die sich aufgrund des statischen Auftriebs bewegen, wie Ballons oder Luftschiffe, fahren auch und fliegen nicht.

Seite5:
Der Auftriebskraft steht mit dem Widerstand allerdings eine starke Kraft entgegen
Ich weiß, wie es gemeint ist, technisch aber nicht ganz korrekt ausgedrückt, der Auftriebskraft steht eine "Gewichtskraft" entgegen (die aber mitnichten immer der Masse des Flugzeugs entsprechen muss).

Seite 6:
dabei verursacht die Grenzschicht einen
Reibungswiderstand, der bei einer laminaren Strömung an der Grenzschicht relativ
gering wäre und damit auch das Optimum darstellt, welches sich Flugzeugbauer stets
wünschen, doch meist ist die Strömung dort sehr turbulent und der Widerstand damit
sehr hoch.
Also hier muss man wirklich differenzieren. So stimmt deine Aussage zwar für Segelflugzeuge oder andere "langsamen" Flugzeugen, sobald ein Flugzeug aber "schneller fliegt" (eigentlich in höheren RE-Zahlen bewegt, wie es ein Airliner tut), kann es genau anders rum sein.

Der Widerstand eines Profils wird ja von Reibungswiderstand und Formwiderstand geprägt. Grob kann man sagen, dass eine laminare Strömung zwar den geringeren Reibungswiderstand hat, aber dafür schlechter an einer Oberfläche haften kann, was dafür sorgt, dass der Formwiderstand höher ist.
Andersrum ist es mit tubulenter Strömung, der Reibungswiderstand ist hoch, der Formwiderstand allerdings geringer (weil die turbulente Strömung besser an der Oberfläche haften kann). Wenn du einen Wasserhahn mit Perlator zuhause hast, lässt sich das ganz schön sehen: wenn der Strahl "turbulent" ist, also durch den Perlator gejagt wird, dann haftet er hervorragend an der Hand und fließt sehr schön um die Hand. Ohne Perlator löst sich der Wasserfilm schneller von der Hand.

Je nach Fluggeschwindigkeit (wie gesagt, eigentlich RE-Zahl, aber mann muss es ja nicht zu kompliziert machen) kann es sich unterm Strich durchaus lohnen, auf einen turbulente Strömung zu setzten, weil der Gesamtwiderstand dadurch runter geht.

Seite 7:
lokale Überschallzonen entstehen, wirkt
zusätzlich der Wellenwiderstand auf den Flügel ein.
Schockwellenwiderstand !

Seite9:

Weil der induzierte Widerstand mit wachsender Streckung des Flügels abnimmt, ist
eine größtmögliche Streckung des Flügels von Vorteil
Würde ich zwar so im Text stehen lassen, aber irgendwann kippt auch der Vorteil wieder, denn mit erhöhter Spannweite steigt auch wieder die projizierte Fläche -> Widerstand und zudem muss der Flügel dann konstruktiv anders ausgelegt werden, was ihn schwerer macht.

Seite 10:
effiziente Flugzeuge zu bauen, die bei Mach 0,9 sparsam und sicher fliegen.
Auch nicht so wichtig, nur der Vollständigkeit halber: Mach 0,9 ist selbst für ne alte Boeing sehr schnell, üblicherweise fliegt man so zwischen 0.84 und 0.86 .

Seite 11:
Auch das Höhenleitwerk trägt zum Auftrieb bei, denn es fungiert zwar als
Trimminstrument und Höhensteuerung, doch hat es die gleichen Eigenschaften, wie
eine Tragfläche.
AHHHHH !!!!! ;D
Also ein Stabilizer oder Trimm"flosse" wie er an nahezu jedem Verkehrsflugzeug angebracht ist, produziert immer einen Abtrieb. Das ist ein ganz wichtiger Punkt, denn so ist ein Flugzeug aerodynamisch stabil ausgelegt und genau das ist es, was man vor allem während "kritischer" Flugphasen wie Start und Landung haben will.
Der Schwerpunkt liegt idR vorm Aufstriebsmittelpunkt und dieser dadurch entstandene "Hebelarm" wird durch den Stabilizer mit einer Kraft nach unten ausgeglichen. Der Stabi ist also eine umgedrehte Tragfläche.
Logisch wird das, wenn man sich vorstellt, dass das Flugzeug (aufgrund einer Böe oder sonst was) nach "oben" gedrückt wird, nun "sinkt" der Anstellwinkel an der umgedrehten Stabi-Fläche und produziert weniger Abtrieb und sorgt dafür, dass das Flugzeug wieder die Nase nach unten nimmt, ohne das der Pilot etwas dazu tun muss -> längsstabiles Flugzeug.
Allerdings ist zu beachten, dass dieser Abtrieb des Stabis auch von den Tragflächen durch Auftrieb kompensiert werden muss, weswegen man diesen eben so klein wie möglich und so groß wie nötig hält.
Mit Hilfe von Fly By Wire-Systemen kann man diese Längsstabilität aber auch "künstlich" erzeugen und so auf zu aerodynamische Nachteile zum Teil verzichten. Bei "Kampfjets" ist diese "relaxed Stability" gang und gäbe. Bei Airliner muss ein Ausfall dieser Hilfen natürlich mit bedacht werden und deswegen kann man es hier nicht zu weit treiben.

Seite 14:

Nun kommen wir ja zum eigentlichen Thema. Ich würde noch 2 Sachen mit aufnehmen:
1. Das Winglets den Induzierten Widerstand reduzieren sollen um damit Sprit zu sparen (und "nebenbei" andere Vorteile mit sich bringt) ist "rübergekommen".
Warum das Thema aber so besonders ist wird eigentlich erst klar, wenn man sich vor Augen hält, dass der Anteil des induzierten Widerstands am Gesamtwiderstand bei 25-30% im Reiseflug und bei bis zu 50% während Langsamflugphasen beträgt.
Deswegen macht es auch deutlich mehr Sinn, an besseren Winglets zu forschen, als an einer noch aerodynamischeren Fahrwerksverkleidung (mal salopp ausgedrückt).

2. Ein kleiner Absatz über die historischen Hintergründe und den "Erfinder" des Winglets "peppen" die Sache bestimmt auf. Das "Ur-Winglet" sieht ja auch aus wie bei einer MD11, nicht wie bei einer A330/A340 .


Die Arbeit ist aber ganz anständig und wie gesagt, mir gefällt der nicht allzu wissenschaftliche Schreibstil, dass macht die Lektüre etwas weniger trocken.

Gruss
 
AF447 fiel laut (vorläufigem) Unfallbericht in einem steilen Anstellwinkel ins Meer, weil der Kopilot ständig am Steuerhorn zog. Es gibt hierzu auch eine Doku, die auch irgendwo auf you tube zu finden ist. (wobei die Doku wohl schon auf dem Endbericht basiert).

Wenn jemand den Link findet, wäre ich dankbar. Soll wohl recht gut gemacht sein.
 
So, auch an euch noch ein Danke, morgen gibts das dann auch noch mit dem dafür vorgesehenem Button, doch die sind heute schon alle :(


So, zum fachlichen, ich finds sehr gut, auch mal kritisiert zu werden, denn nur so kann man ja was verbessern! Ich werd das, wie geschrieben, anpassen und die genannten Punkte, so gut, wie möglich, anpassen!

Danke!
 
- Die MSN 5428 hat Sharklets nicht Winglets (als Grunddefinition für das Kapitel 3 würde ich "Wingtip device" wählen, denn die Bezeichnungen variieren je nach Hersteller und Muster)
neu:
[FONT=&quot]3 “Winglet devices“ – Treibstoffsparen in der Luftfahrt[/FONT]

- Bei der 737MAX benutzt Boeing in Präsentationen den Begriff "AT winglet" (Advanced Technology)
Die Bildunterschrift lautet jetzt:
[FONT=&quot]Bilder 20 und 21: "Splitlets". Links das MD-11-Winglet und die für die 737-MAX geplanten "AT-Winglets" (Advanced Technology) [/FONT]
 
Erstmal (wenn's auch etwas kleinkariert ist): Der maximale Auftriebsbeiwert kann nicht überschritten werden, deswegen ist er ja "maximal" ;), man kann nur den zugehörigen kritischen Anstellwinkel überschreiten. Dazu fallen die Flugzeuge die ich kenne beim Stall nicht "taumelnd" vom Himmel, in der Regel ist das Überziehverhalten recht gutmütig. D.h. der Flieger nimmt die Nase praktisch von selbst runter (auch aufgrund der Druckpunktverlagerung), eventuell stellt sich bei Propellerfliegern (wenn die Seitenruderkontrolle verbesserungsbedürftig war :rolleyes:) eine leichte bank ein (vllt. 10°) und das war's, der Vorgang ist recht unspektakulär.


Mit so einer Aussage wäre ich vorsichtig. Trudeln/spin ist ein asymmetrischer Stall, d.h. eine Fläche ist "stärker gestalled" als die andere. Das erreicht man u.a. durch Treten des Seitenruders kurz vor dem Stall oder Betätigung der Querruder im Grenzflugbereich. Es ist also nicht so, dass ein länger andauernder Strömungsabriss automatisch zum Trudeln führt (das ist je nach Flugzeug gar nicht mal so einfach einzuleiten) und soweit ich weiß war AF447 nicht definitiv im spin.
Das klingt jetzt so:

[FONT=&quot]Beim Überschreiten des maximalen Anstellwinkels reißt die Luftströmung ab und der Flügel trägt keine Last mehr und kann damit das Flugzeug nicht mehr in der Luft halten, wodurch das Flugzeug anfängt, an Höhe zu verlieren. In dieser Flugsituation kann man durch das Absenken der Nase wieder Fahrt aufnehmen, wodurch, ab ausreichender Geschwindigkeit, die Strömung wieder anliegt und man das Flugzeug abfangen kann. Im Fall von Air France Flug AF 447, wo die Piloten zum Beispiel keine visuelle Orientierung hatten und ihren Instrumenten nicht mehr trauten, kam es nur zu dem Absturz, bei dem das Flugzeug mit steilem Anstellwinkel ins Meer stürzte, weil die Piloten dachten, sie seien zu schnell und deswegen unaufhörlich versuchten, die Nase des Flugzeuges nach oben zu ziehen. [/FONT]
 
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