Was ist Auftriebskraft – Definition

Im Allgemeinen ist der Auftrieb eine aufwärts wirkende Kraft auf einen Flugzeugflügel oder ein Strömungsprofil. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zu erklären, wie ein Tragflächenprofil Auftrieb erzeugt. Auftriebskraft

Bernoullis Gleichung

Bernoulli-Gleichung; PrinzipDie Bernoulli-Gleichung kann als Aussage über das Energieerhaltungsprinzip angesehen werden, das für strömende Flüssigkeiten geeignet ist. Es ist eine der wichtigsten / nützlichsten Gleichungen in der Strömungsmechanik . Es stellt eine Beziehung zwischen Druck und Geschwindigkeit in einem unsicheren inkompressiblen Fluss her . Die Bernoulli-Gleichung weist einige Einschränkungen in ihrer Anwendbarkeit auf, die in folgenden Punkten zusammengefasst sind:

  • stetiges Strömungssystem,
  • Dichte ist konstant (was auch bedeutet, dass die Flüssigkeit inkompressibel ist),
  • es wird keine Arbeit an oder durch die Flüssigkeit ausgeführt,
  • es wird keine Wärme auf oder von der Flüssigkeit übertragen,
  • es erfolgt keine Änderung der inneren Energie,
  • Die Gleichung bezieht sich auf die Zustände an zwei Punkten entlang einer einzelnen Stromlinie (nicht auf Bedingungen an zwei verschiedenen Stromlinien).

Unter diesen Bedingungen vereinfacht sich die allgemeine Energiegleichung zu:

Bernoulli-Theorem - Gleichung
Diese Gleichung ist die bekannteste Gleichung in der Strömungsmechanik . Die Bernoulli-Gleichung beschreibt das qualitative Verhalten fließender Flüssigkeiten, die üblicherweise mit dem Begriff Bernoulli-Wirkung bezeichnet werden . Dieser Effekt bewirkt die Absenkung des Fluiddrucks in Bereichen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit erhöht ist. Diese Druckverringerung in einer Verengung eines Strömungswegs mag nicht intuitiv erscheinen, wenn man Druck als Energiedichte betrachtet. Im Hochgeschwindigkeitsstrom durch die Verengung muss die kinetische Energie auf Kosten der Druckenergie zunehmen. Die Dimensionen der Terme in der Gleichung sind kinetische Energie pro Volumeneinheit.

 

Lift Force – Bernoullis Prinzip

Lift Force - Newtonsches Gesetz
Das dritte Newtonsche Gesetz besagt, dass der Auftrieb durch eine Strömungsumlenkung verursacht wird.

Im Allgemeinen ist der Auftrieb eine nach oben wirkende Kraft auf einen Flugzeugflügel oder ein Tragflächenprofil . Es gibt verschiedene Möglichkeiten zu erklären, wie ein Tragflügel Auftrieb erzeugt . Einige Theorien sind komplizierter oder mathematisch strenger als andere. Einige Theorien haben sich als falsch erwiesen. Es gibt Theorien, die auf dem Bernoulli-Prinzip basieren, und es gibt Theorien, die direkt auf dem dritten Newtonschen Gesetz basieren .

Die auf dem dritten Newtonschen Gesetz basierende Erklärung besagt, dass der Auftrieb durch eine Strömungsumlenkung des Luftstroms hinter dem Strömungsprofil verursacht wird. Das Schaufelblatt erzeugt Auftrieb, indem es beim Vorbeiströmen eine nach unten gerichtete Kraft auf die Luft ausübt. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz muss die Luft eine Aufwärtskraft auf das Strömungsprofil ausüben . Dies ist eine sehr einfache Erklärung.

Auftriebskraft - Bernoulli-Prinzip
Nach dem Bernoulli-Prinzip übt sich schneller bewegende Luft weniger Druck aus, und daher muss die Luft (aufgrund einer Druckdifferenz) eine nach oben gerichtete Kraft auf das Schaufelblatt ausüben.

Das Bernoulli-Prinzip in Kombination mit der Kontinuitätsgleichung kann auch verwendet werden, um die Auftriebskraft auf ein Strömungsprofil zu bestimmen, wenn das Verhalten des Flüssigkeitsflusses in der Nähe der Folie bekannt ist. In dieser Erklärung ist die Form eines Tragflügels entscheidend. Die Form eines Strömungsprofils bewirkt, dass Luft oben schneller strömt als unten. Nach dem Bernoulli-Prinzip übt sich schneller bewegende Luft weniger Druck aus , und daher muss die Luft (aufgrund einer Druckdifferenz) eine Aufwärtskraft auf das Schaufelblatt ausüben .

Das Bernoulli-Prinzip erfordert, dass das Tragflächenprofil eine asymmetrische Form hat . Seine Oberfläche muss oben größer sein als unten. Wenn die Luft über das Schaufelblatt strömt, wird sie mehr von der Oberseite als von der Unterseite verdrängt. Nach dem Kontinuitätsprinzip muss diese Verschiebung zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit führen (was zu einer Druckabnahme führt). Die Strömungsgeschwindigkeit wird teilweise durch die untere Schaufelblattoberfläche erhöht, ist jedoch erheblich geringer als die Strömung auf der oberen Oberfläche. Die Auftriebskraft eines Tragflügels, gekennzeichnet durch den Auftriebskoeffizienten , kann während des Fluges durch Formänderungen eines Tragflügels geändert werden. Der Auftriebskoeffizient kann somit mit relativ einfachen Geräten sogar verdoppelt werden (Klappen und Lamellen ), wenn sie über die gesamte Spannweite des Flügels verwendet werden.Die Verwendung des Bernoulli-Prinzips ist möglicherweise nicht korrekt. Das Bernoulli-Prinzip geht von einer Inkompressibilität der Luft aus, aber in Wirklichkeit ist die Luft leicht komprimierbar. Es gibt jedoch weitere Einschränkungen bei Erklärungen, die auf dem Bernoulli-Prinzip beruhen. Es gibt zwei beliebte Erklärungen für den Aufzug:

  • Erklärung basierend auf der Abwärtsablenkung der Strömung – Newtons drittes Gesetz
  • Erklärung basierend auf Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit und des Durchflussdrucks – Kontinuitätsprinzip und Bernoulli-Prinzip

Beide Erklärungen identifizieren einige Aspekte der Auftriebskräfte korrekt, lassen jedoch andere wichtige Aspekte des Phänomens ungeklärt. Eine umfassendere Erklärung beinhaltet sowohl Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit als auch der Durchbiegung nach unten und erfordert eine genauere Betrachtung der Strömung.

Weitere Informationen: Doug McLean, Aerodynamik verstehen: Aus der realen Physik streiten. John Wiley & Sons Ltd. 2013. ISBN: 978-1119967514

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