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Wirbelschleppen
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simbt
eddh.de-Stamm-User


Hier seit: 23.02.2005
Beiträge: 68
Ort: Hamburg

BeitragVerfasst am: Mo, 11 Jul 2005, 18:11    Titel: Antworten mit Zitat

luftauge schrieb:
Die Wirbelschleppe/Wake-turbulence wird durch den erhöhten Anstellwinkel und ausgefahrene Auftriebshilfen (Landeklappen/Störklappen, Vorflügel) des betreffenden Flugzeugs beim Start oder der Landung hervorgerufen.
Und die Erklärung sind die im Gegensatz zum Horizontalflug noch höheren Druckunterschiede zwischen Ober- und Unterseite der Tragfläche des Flugzeuges.

Ich will ja nicht Erbsen zählen, aber das ist nicht richtig. Wirbelschleppen entstehen daraus, dass am Tragflächenende die Luft aus dem Bereich des Überdrucks unter der Fläche auf die Oberseite der Tragfläche fließt, wo ein Unterdruck herrscht. Dies ist immer der Fall, solange die Tragfläche Auftrieb produziert, und das tut sie hoffentlich auch im Reiseflug... Wink

Richtig ist allerdings, das die Wirbelschleppen bei niedrigen Geschwindigkeiten (also bei Start und Landung) stärker sind.

Das hat jedoch nichts damit zu tun, dass man mehr Auftrieb als im Reiseflug bräuchte, da der Auftrieb ja immer der Masse des Flugzeugs entspicht (Gleichgewicht der Kräfte), wenn man von den kleinen Ungleichgewichten zwischen Masse und Auftrieb absieht, die für's Steigen oder Sinken nötig sind.

Man braucht zwar einen größeren Anstellwinkel und ggf. Klappen im Langsamflug, dies aber nur, weil eben die Geschwindigkeit geringer ist. Letzendlich produziert man den *gleichen* Auftrieb, also auch den gleichen Druckunterschied zwischen Tragflächenunter- und -oberseite.

Der wahre Grund für stärkere Wirbelschleppen im Langsamflug ist, dass bei höherer Geschwindigkeit die gleiche Bewegungsenergie über eine größere Strecke verteilt wird. Oder bildlich gesehen: Im Langsamflug werden die Wirbelschleppen hinter dem Flugzeug "gestaucht", im schnellen Flug "auseinandergezogen".

Einen gewissen Einfluss hat außerdem, dass Landeklappen - je nach Bauweise - an ihren Kanten noch zusätzliche kleine Wirbelschleppen erzeugen können.


Viele Grüße
Stanislaus


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simbt
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Hier seit: 23.02.2005
Beiträge: 68
Ort: Hamburg

BeitragVerfasst am: Mo, 11 Jul 2005, 18:39    Titel: Re: Wirbelschleppen sind nicht lustig ... Antworten mit Zitat

AgentJ schrieb:
Diese Blödheit wird mir nie wieder passieren, Erfahrung macht klug.
Aber seitdem weiß ich, daß Wirbelschleppen selbst eines UL´s
hammerböse sein können, es hatte mich fast zerlegt,- und das
fast ne gute Stunde lang Wink

Ich nehme mal an, dass du ziemlich nah hinter dem anderen warst?

Vom physikalischen Standpunkt aus würde ich sagen, dass die Intensität von Wirbelschleppen und/oder Propellerstrahl nicht linear mit der Zeit seit Enstehung, sondern sehr viel drastischer abnimmt.

Die Wirbelschleppe wird u.a. schwächer, weil sie sich an der ruhigen Umgebungsluft reibt und die Luftreibung ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit, ist also anfangs sehr groß und wird dann sehr schnell sehr viel geringer. Außerdem wird sich die Wirbelschleppe durch die Fliehkraft ausdehenen und damit die Bewegungsenergie auf einen größeren Raum verteilen.

Was ich damit sagen will, ohne die genauen Gesetzmäßigkeiten zu kennen: Wenn die Stärke der Schleppen 50 m hinter dem anderen Flugzeug X beträgt, dann wird sie in doppelter Entfernung nicht X/2, sondern bereits X/4 oder auch X/10 betragen. Oder andersherum: Wenn man nah genug dran ist, könnte man wahrscheinlich auch die Wirbelschleppen einer Möwe spüren... Wink


Viele Grüße
Stanislaus


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luftauge
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Hier seit: 29.06.2002
Beiträge: 400
Ort: Norddeutschland

BeitragVerfasst am: Di, 12 Jul 2005, 10:12    Titel: Antworten mit Zitat

Embarassed
@ Simbt:
Ich gebe gerne zu, dass ich nicht Alles weis - kann ich nicht und muss ich auch nicht können Wink
Aber Deine Erklärung stellt das, was ich bisher zu wissen glaubte, komplett in Frage, bzw. bringt mich aus dem "Konzept".

Das, was uns in der Luft hält, sagen wir mal, der Auftrieb, ist doch ein Produkt aus verschiedenen Faktoren, wie z.B. Geschwindigkeit und Auftriebsbeiwerten.
Wenn ein Faktor reduziert wird, muss ein anderer Faktor erhöht werden, um auf das gleiche Produkt (=Auftrieb) zu kommen - Mathematik eben, um das Gleichgewicht der Kräfte zu erhalten, wie Du selbst schreibst Cool

Reduziere ich die Geschwindigkeit, muss ich etwas anderes erhöhen, wenn nicht den Auftrieb((s)beiwert), was dann ? Das der Widerstand dabei entsprechend höher wird, ist klar, aber für die Betrachtung momentan eher nebensächlich.

Nehmen wir der Einfachheit halber an, wir flögen mit einem Flugzeug von 1000kg Mtow, und einer Reisegeschwindigkeit 100Kn, also 10kN und ca. 60m/s. Diese Flugzeug hat nun der Einfachheit halber auch bei der Landung noch 1000kg.

Wenn ich im Horizontalflug eine Geschwindigkeit von ca. 60m/s benötige, um mit dem Auftriebsbeiwert X den erforderlichen Auftrieb erzeuge, muss ich doch im Landeanflug mit sagen wir mal 50Kn (ca.30m/s) irgendwas mehr erzeugen, um noch in der Luft zu bleiben.
Kinetische Energie und Abwärtsbewegung mal kurz ausser Acht gelassen - für mich bleibt da nur ein erhöhter Auftrieb, der auch durch wesentlich höhere Druckunterschiede mittels Anstellwinkel und Auftriebshilfen erzeugt wird.
Und wenn die Geschwindigkeit mit bekannten Werten abnimmt, was bleibt ausser erhöhten Druckunterschieden übrig, um die Gleichung aufzulösen ?

Ansonsten bliebe die Frage, warum haben Flugzeuge überhaupt Landeklappen und sonstige Auftriebshilfen ?

Ich will gern meine Wissenslücken auffüllen und dazulernen, aber Deine Erklärung reicht mir nicht aus, vielleicht lässt es sich mit den Zahlenwerten aus dem oberen Absatz was Plausibles daraus machen. Ich habe selbst meine Mühen, etwas Wisseschaftliches in "Werkbanktechnisch" zu übersetzen, evtl. gelingt es Dir oder jemand anders besser Confused
Ich kann Deine Aussage weder widerlegen, noch unmittelbar korrigieren, aber kann es sein, dass Du bei Deiner Überlegung etwas übersehen hast ?

Die "Stauchung" hinter dem LFZ kann so gar nicht entstehen, weil Stauchung ein Effekt von Druck- aber nicht von Zugkräften ist, also entweder vor oder unter einem Körper oder einem kraftausübenden Körper, aber nicht hinter etwas, wenn die Kraft nach vorn wirkt.
In diesem Fall kann etwas also nur vor oder unter dem Flugzeug gestaucht = komprimiert werden. Dahinter findet dann der Ausgleich dieser wirkenden Kräfte statt.

Gruß Andreas
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simbt
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Hier seit: 23.02.2005
Beiträge: 68
Ort: Hamburg

BeitragVerfasst am: Di, 12 Jul 2005, 13:27    Titel: Antworten mit Zitat

luftauge schrieb:
Wenn ein Faktor reduziert wird, muss ein anderer Faktor erhöht werden, um auf das gleiche Produkt (=Auftrieb) zu kommen
Da sind wir uns einig: Weniger Geschwindigkeit erfordert einen Ausgleich, um den gleichen Auftrieb zu erzeugen, der im Horizontalflug immer der Masse des Flugzeugs entsprechen muss. Lösung: mehr Anstellwinkel und ggf. Klappen.
luftauge schrieb:
... für mich bleibt da nur ein erhöhter Auftrieb, der auch durch wesentlich höhere Druckunterschiede mittels Anstellwinkel und Auftriebshilfen erzeugt wird. Und wenn die Geschwindigkeit mit bekannten Werten abnimmt, was bleibt ausser erhöhten Druckunterschieden übrig, um die Gleichung aufzulösen ?
Nun widersprichst du dir: Plötzlich soll der Auftrieb im Langsamflug erhöht werden? Dann würde aber das Flugzeug steigen, weil er größer als die Gewichtskraft würde.

Ein bestimmter Auftrieb entspricht auch immer einem bestimmten Druckunterschied zwischen Tragflächenunter- und -oberseite, denn es ist genau dieser Druckunterschied, der für die Auftriebskraft verantwortlich ist: Druck = Kraft pro Fläche, d.h. Kraft = Druck mal Fläche. Der Auftrieb ist die Kraft und die Fläche mehr oder weniger konstant (abgesehen von leichtem Zuwachs durch Klappen und einem etwas anderen Druckprofil, also einer anderen "Ausnutzung" der Fläche bei unterschiedlichen Anstellwinkeln).

Wenn ich nun in einem gleichbleibenden Anstellwinkel langsamer werde, nimmt der Druckunterschied und somit der Auftrieb ab. Ich erhöhe also den Anstellwinkel, um wieder den gleichen Druckunterschied und so die gleiche Auftriebskraft zu erhalten. Das führt zu gleich starken Luftbewegungen an den Tragflächenenden, die nur eben bei unterschiedlicher Geschwindigkeit unterschiedlich stark hinter dem Flugzeug in die Länge gezogen werden.

luftauge schrieb:
Die "Stauchung" hinter dem LFZ kann so gar nicht entstehen, weil Stauchung ein Effekt von Druck- aber nicht von Zugkräften ist, also entweder vor oder unter einem Körper oder einem kraftausübenden Körper, aber nicht hinter etwas, wenn die Kraft nach vorn wirkt.
Ist völlig richtig. Es müsste korrekterweise heißen, dass die Wirbelschleppen im Langsamflug hinter dem Flugzeug weniger auseinandergezogen werden, also mehr Bewegungsenergie auf einer bestimmten Strecke zurückgelassen wird. Meine Aussage sollte plakativ sein, ich hatte ja auch "bildlich gesehen" davorgeschrieben. Aber offenbar war sie missverständlich, sorry.

Viele Grüße
Stanislaus


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miracle
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BeitragVerfasst am: Di, 12 Jul 2005, 14:14    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Luftauge,

luftauge schrieb:
Beim normalen Horizontalflug entstehen keine Wirbelschleppen [..] Die Wirbelschleppe/Wake-turbulence wird durch den erhöhten Anstellwinkel und ausgefahrene Auftriebshilfen (Landeklappen/Störklappen, Vorflügel) [..]


Anbei die Ergaezung zur entsprechenden Frage der FAA beim Erwerb des US-PPL.

The greatest vortex strength occurs when the generating aircraft is heavy, clean, and slow. Vortices are the greatest when the wingtips are at high angles of attack. This occurs at high gross weight, flaps up, and low airspeed (heavy, clean, and slow).

Es gibt einen Fall aus den 80igern wo ein Passagierjet 10nm hinter einer 737 in FL310 durch deren 'wake' bis zu 45 Grad Querlage erfuhr. (Quelle: Jeppesen Flight Instructor Manual) Also 'slow' bedeutet nicht, dass im Reiseflug/Horizontalflug kein 'wake turbulence' entsteht.

Gruss Axel
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mpdude



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Beiträge: 2

BeitragVerfasst am: Di, 12 Jul 2005, 15:57    Titel: Antworten mit Zitat

http://www.asy.faa.gov/safety_products/WakeAC.html
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luftauge
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Beiträge: 400
Ort: Norddeutschland

BeitragVerfasst am: Di, 12 Jul 2005, 22:06    Titel: Antworten mit Zitat

@Simbt:
Wie reden nicht vom Langsamflug, sondern vom Start oder vom Landeanflug.
Beim Landeanflug bin ich nunmal langsamer, als im horizontalen Reiseflug, aber noch immer schneller, als im "richtigen" Langsamflug (der dann allerdings auch irgendwann kurz vor dem Aufsetzen stattfindet).

Ich bin auch dann noch langsamer, wenn ich die Nase bei ausgefahrenen Klappen runterdrücke, oder kopflastig getrimmt habe - ich baue Höhe ab mit geringerer Geschwindigkeit.

Zuerst Klappen und dann den erhöhten Anstellwinkel benötige ich nunmal, um damit trotzdem den nötigen Auftrieb als Produkt zu erhalten. Ich vergrößere die Fläche, um die verkleinerte Geschwindigkeit auszugleichen.
Und die Klappen sind doch zuerst mal das, die den Auftrieb maßgeblich beeinflussen.

Sind wir uns soweit einig ?
Ich denke fast, dass wir von der gleichen Sache reden, aber sie anders angehen Confused

Gruß Andreas
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Tominator
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Hier seit: 29.06.2005
Beiträge: 5

BeitragVerfasst am: Mi, 13 Jul 2005, 8:02    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Zusammen,
die Aussagen zum Thema Wirbel und Wirbelschleppen sind teilweise richtig und teilweise falsch.
Aus dem Studium kenne ich noch grob den Auftriebssatz von Kutta-Jukowsky (Die genaue Formulierung müßte ich erst nachlesen). Danach ist der Auftrieb proportional zum Staudruck und zur sogenannten Zirkulation.
Damit das Flugzeug in der Luft bleibt, muß das Produkt aus Staudruck und Zirkulation konstant sein. Da der Staudruck mit geringer werdender Fluggeschwindigkeit abnimmt, muß die Zirkulation zunehmen, damit das Produkt gleich bleibt. Dies erreicht man dadurch, daß man den Auftriebsbeiwert durch Vergrößerung des Anstellwinkels erhöht. Durch den Einsatz von Landeklappen ist es möglich, deutlich größere maximale Auftriebsbeiwerte zu erzielen. Somit ist die Göße der Zirkulation erst einmal nicht davon abhängig, ob Klappen ein- oder ausgefahren sind. Sie ist wie gesagt lediglich von der Fluggeschwindigkeit abhängig.
Da der maximal erreichbare Auftriebsbeiwert und damit auch die maximal erreichbare Zirkulation ohne Landeklappen zu gering ist, um langsam genug fliegen zu können, werden die Landeklappen eingesetzt. Durch sie erhöht sich der maximal erreichbare Auftriebsbeiwert und damit auch die maximale Zirkulation.
In den Wirbelschleppen befindet sich bei reibungsfreier Strömung wegen der Energieerhaltung genau die gleiche Zirkulation wie in der auftriebserzeugenden Zirkulation über dem Tragflügel.
Die Abwärtsbewegung der Wirbelschleppen erklärt sich jetzt dadurch, daß jeder Wirbel im Abwindfeld des anderen Wirbels liegt. Der linke Wirbel drückt den rechten Wirbel nach unten und umgekehrt. Die Sinkeschwindigkeit ist dabei abhängig von der Größe der Zirkulation und dem Abstand der Wirbel voneinander. Hätten die heutigen Verkehrsflugzeuge beispielsweise 10 mal soviel Spannweite, dann wäre der Abstand zwischen den Wirbeln so groß, daß sie sich kaum noch beeinflussen würden. Die Sinkgeschwindigkeit der Wirbelschleppen wäre dann sehr gering.
Die zitierten 500ft pro Minute können daher nur eine Hausnummer sein. Die Sinkgeschwindigkeit der Wirbelschleppe ändert sich schließlich auch bei Änderung der Fluggeschwindigkeit, da diese die Zirkulation ändert.

Gruß
Thomas
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Roho
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Hier seit: 13.08.2004
Beiträge: 131
Ort: EDVK

BeitragVerfasst am: Mi, 13 Jul 2005, 9:38    Titel: Wake turbulences und Luftbetankung Antworten mit Zitat

Wer es wissenschaftlich mag, der schaue sich an (7.5MB):
http://tumb1.biblio.tu-muenchen.de/publ/diss/mw/2002/hofbauer.pdf

Als Folge dieser Beiträge werde ich zukünftig besonderen Wert auf räumliche und zeitliche Staffelung legen, denn bisher kannte ich die Zusammenhänge bestenfalls theoretisch aus der Ausbildung, gehört und abgehakt Embarassed

Aber wieso funktioniert denn dann unter diesen Umständen die Luftbetankung, die betankende Maschine hängt hinter und unter dem Tanker, müßte demzufolge eigentlich im Turbulenzbereich fliegen, sich zumindest in der Annäherung hindurcharbeiten? Shocked
http://de.wikipedia.org/wiki/Luftbetankung , wer mehr Bilder sehen mag, der tummle sich auf den Seiten der USAF.

Gruß Rolf (Roho)
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luftauge
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Hier seit: 29.06.2002
Beiträge: 400
Ort: Norddeutschland

BeitragVerfasst am: Mi, 13 Jul 2005, 9:58    Titel: Antworten mit Zitat

@Tominator:
Unterschiedlich starke Zirkulation durch veränderten Anstellwinkel, und Absinken der gegenläufigen Wirbel rein durch "Bewegungsdynamik" Cool
Das ist es, was ich mit "werkbanktechnisch" meinte, noch einfacher geht es nicht.

@Simbt:
Ich bin mit Deiner Formulierung nicht klargekommen, darum habe ich an Dir vorbeigeredet Confused

@Miracle:
Ich streite alles vorher gesagte ab, und behaupte das Gegenteil. Mit der Zirkulation wird das ganz einfach und plausibel wiedergegeben.

Ich habe das schließlich auch irgendwann mal richtig erklärt bekommen, aber solche Fragen werden trotz ihrer Bedeutung nicht sehr oft gestellt, so dass man sich nicht unbedingt regelmäßig damit befasst, und sie auch nicht aus dem Ärmel geschüttelt korrekt wiedergeben kann.

Nochmal zu den Druckunterschieden:
ich kann mich noch daran erinnern, dass sich die Druckunterschiede von Tragflächenober- zur Unterseite im Normalfall im einstelligen Milibar-Bereich bewegen, also bei 0,00x bar.
Aber ich werde das trotzdem nochmal nachlesen, gibt ja genug Bücher Cool

Gruß Andreas
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