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Aerodynamische Bezugspunkte

  • Druckpunkt (engl. Center of Pressure)
  • Neutralpunkt (engl. Aerodynamic Center)

Jedes Flächenelement eines Flügels erfährt einen bestimmten Druck oder Sog. Wenn man alle diese Kräfte addiert, erhält man den Auftrieb und den Luftwiderstand des Flügels. Für Berechnungen ist es praktischer, wenn man sich diese Kräfte an einem bestimmten Punkt angreifend vorstellt, analog wie die Gewichtskraft, welche am Schwerpunkt angreift.

Druckpunkt

Ein Flügel erfährt in der Regel nicht nur einen Auftrieb und einen Luftwiderstand , sondern auch noch ein Drehmoment . Durch geeignete Wahl des Bezugspunktes, an dem Auftrieb und Widerstand angreifen, kann das Drehmoment zum verschwinden gebracht werden.

Der Druckpunkt ist jener Bezugspunkt, an dem kein Drehmoment entsteht, wenn Auftrieb und Widerstandskraft an diesem Punkt angreifen.

Der Nachteil beim Rechnen mit dem Druckpunkt ist, dass sich dieser verschiebt, wenn der Anstellwinkel geändert wird. Bei Erhöhen des Anstellwinkels wandert der Druckpunkt in der Regel nach Vorne, beim Verringern nach Hinten. Besser rechnen lässt sich daher mit dem Neutralpunkt:

Neutralpunkt

Informationen zum Bild 

Der Neutralpunkt (engl. Aerodynamic Center) ist jener Bezugspunkt, bei dem das Moment nicht mehr vom Anstellwinkel abhängig ist und daher konstant für jeden Anstellwinkel ist. Dieser Bezugspunkt eignet sich daher besser für Berechnungen als der Druckpunkt. Man muss jedoch immer mit einem zusätzlichen (konstanten) Moment rechnen. Der Neutralpunkt liegt bei vielen Flügelprofilen bei 25% MAC (Mean Aerodynamic Chord).

Herleitung

Ein Moment um den Bezugspunkt kann auf einen beliebigen anderen Bezugspunkt nach folgender Formel umgerechnet werden:

(1)
wobei'
' =' 'Moment um den neuen Bezugspunkt
' =' 'Moment um den ursprünglichen Bezugspunkt
' =' 'Auftriebskraft
' =' 'Abstand zwischen den beiden Bezugspunkten

Mit und kann man auch schreiben:

(2)

Die roten Terme können gekürzt werden. Nach dem Dividieren beider Seiten durch erhalten wir:

(3)
wobei'
' =' 'Momentbeiwert beim Bezugspunkt
' =' 'Momentbeiwert beim Bezugspunkt
' =' 'Auftriebsbeiwert
' =' 'Abstand zwischen den beiden Bezugspunkten
' =' 'Bezugsflügeltiefe (MAC)
' =' 'Referenzfläche (Flügelfläche)
' =' 'Staudruck =
Informationen zum BildCM-CA Diagramm

Aus Messungen ist bekannt, dass der Momentenbeiwert bei einem beliebigen Bezugspunkt linear vom Auftriebsbeiwert abhängt (siehe CM-CA Diagramm). Deshalb kann man schreiben:

(4)

Eingesetzt für ergibt sich damit:

(5)

Wählt man so, dass ist, so wird für diesen Bezugspunkt der Momentenbeiwert konstant.

Für erhalten wir die Lage des Neutralpunktes.

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Erzeugt Dienstag, 28. August 2007
von wabis
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Geändert Sonntag, 29. Juni 2014
von wabis