Wiso steigt der Auftriebskoeffizient zuerst, sinkt, und steigt danach wieder?

Diese SImulation wurde in Xfoil bei einer Reynoldszahl von 47100 gemacht. Profil: NACA 0018. Ich kann mir diesen “drop” einfach nicht erklären. Liegt das an der tiefen Reynoldszahl oder am Programm??

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Franz1957
4 months ago

Dieser Kurvenverlauf ist tatsächlich bei tiefen Reynoldszahlen stärker ausgeprägt.

Man sieht es an den Kurven hier. Da sie Messergebnisse zeigen, kann man schon einmal ausschließen, dass der “drop” ein vom Programm erzeugtes Artefakt ist.

https://www.researchgate.net/figure/a-The-effect-of-Reynolds-number-on-the-lift-curve-of-NACA-0018-free-transition_fig9_27342064

Hier ist ein Forschungsbericht, der soweit ich es verstehe, aussagt, dass dieser “drop” speziell bei symmetrischen NACA-Profilen auftritt, und dass er bei bestimmten Typen von Windkraftanlagen unerwünschte Auswirkungen hat.

https://www.researchgate.net/publication/286492765_Reynolds_number_efects_on_the_aerodynamic_performance_of_small_VAWTs

Auch hier werden Kurven mit dem gleichen Verlauf aus Windkanalversuchen gezeigt, für vier verschiedene symmetrische NACA-Profile (Abbildung 4 auf S. 6 des PDF, bzw. S. 29 der Zeitschrift).

Den drop bezeichnen die Verfasser als “anomalous”. Dass sie keine Erklärung haben, gibt ihnen Gelegenheit zu der in Forschungspapieren ja allgemein üblichen Schlussfolgerung, dass weiter geforscht werden muss: “Understanding of flow phenomenon on airfoils at low Reynolds number requires further investigation”.

Franz1957
4 months ago
Reply to  Niloc85

Viel Erfolg bei der Fehlersuche!

PMeindl
4 months ago

Vielleicht ist der Auftrieb bis zum drop von der gekrümmten Oberseite des Flügels (?) erzeugt, und dann erfolgt ein Strömungsabriss. Danach könnte der Auftrieb wie bei einem Papierdrachen (geneigte Fläche) entstehen.

Franz1957
4 months ago
Reply to  PMeindl

Interessante Überlegung.

Das Profil, um das es hier geht, ist allerdings symmetrisch, d.h., Ober- und Unterseite sind genau gleich stark gekrümmt. http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca0018-il Einen Auftrieb ungleich Null erzeugt es nur mit einem Anstellwinkel ungleich Null.

Klar, bei einem zu großen Winkel erfolgt ein Strömungsabriss und die Luft wird nicht mehr auftriebserzeugend nach unten gelenkt. Vielleicht ist es so: Sie folgt dann zunächst einer langen waagerechten Wirbelschleppe, von der aber bei noch größerem Winkel nur noch eine kurze Wirbelzone übrig bleibt, über die sie einfach hinweg und wieder nach unten fließen kann.

Der Vergleich mit dem Papierdrachen ist ist gut. Dass er die gängigen falschen Erklärungen des Flugzeugs (langer und kurzer Weg der Luft) widerlegt, wird leider meistens übersehen.

PMeindl
4 months ago
Reply to  Franz1957

Bei Flugzeugen ist die Erklärung “langer und kurzer Weg der Luft” aber schon richtig! Nimm doch einmal ein nur oben gekrümmtes Profil mit Anstellwinkel 0. Es wir einen Auftrieb haben.

PMeindl
4 months ago

Ich meine damit, dass diese Tatsache eine Kraft nach oben und somit einen Auftrieb erzeugt.

Franz1957
4 months ago

Ja, klar sind sie das. Was meinst Du mit “aber”?

PMeindl
4 months ago

Interessant, danke! Aber wenn man die Drücke an der Ober- uns an der Unterseite misst, sind sie doch verschieden.

Franz1957
4 months ago

Sogar ein gekrümmtes Blech mit Anstellwinkel 0 hat Auftrieb, wie auch die dünnen Stofftragflächen der Hängegleiter und der frühen Flugpioniere – obwohl der Weg der Luft oben wie unten exakt gleich lang ist. Entscheidend für den Auftrieb ist, dass der Flügel die Luft nach unten ablenkt und dabei Kraft auf sie ausübt, wodurch nach dem 3. Newtonschen Gesetz eine Gegenkraft den Flügel nach oben hebt. Was man immer über den Unterdruck oben und den Überdruck unten liest, ist vollkommen richtig, aber es ist nicht, wie meist behauptet, eine Folge unterschiedlich langer Wege und dadurch unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten, sondern es ist umgekehrt die Ursache dafür. Richtig erklärt wird das z.B. in dem Buch ‘Understanding Flight’ von David Anderson und Scott Eberhardt, und von Holger Babinsky in seiner Vorlesung hier: https://www.youtube.com/watch?v=QY2pS-xXC_U

Delicou
4 months ago

Vielleicht gibt es Verwirblungen oder so.

Franz1957
4 months ago
Reply to  Delicou

Ja, die spielen sicher eine Rolle dabei.