Erfährt eine fluidmechanisch wirksame Tragflügelfläche eine (plötzliche, rasche) Änderung der Richtung ihrer Anströmung, kommt diese mit einer (scheinbaren) Vergrößerung des Anstellwinkels in einen Bereich (mehr oder weniger) spontaner Strömungsablösung. Der Auftrieb des Tragflügelsystems, bzw. die Querkraft sinkt schlagartig. Dieser Zustand wird als „Stall“ bezeichnet. Vom Tragflügel wird auch als Richtungsänderung der Strömung „empfunden“ wenn sich die Vertikal- und Horizontal-Komponenten des Geschwindigkeitsvektors schnell ändern und damit der Anstellwinkel des Profils des Tragflügels gegenüber der resultierenden (scheinbaren) Anströmung variiert. Stall kann also auftreten, wenn sich eine oder beide Komponenten des Geschwindigkeits-vektors ändern. Herrscht am Querkraft generierenden fluidmechanischen System der Stall-Zustand, bricht die Querkrafterzeugung am Tragflügel zusammen. Nun wird auch die Zirkulation des Randwirbelfadens sehr klein oder geht gegen Null. Die Energie, die im bis dahin generierten Wirbelfeld gespeichert ist, kann beim Zusammenbruch dieses Feldes nicht ohne weiteres verschwinden. Sie wird vielmehr in Bewegungsenergie umgewandelt, die sich als „Selbstinduktionsgeschwindigkeit“ äußert und wird wirksam wird, als Komponente des in der Umgebung des Wirbels induzierten Geschwindigkeit-santeils der Strömung. Es ist also letztendlich der Stallprozess an der Tragfläche, der über den von einem Kollaps der Querkraft getragenen Einbruch der Zirkulation des Wirbelfadens, einen Anteil zu der in der Strömung induzierten Geschwindigkeit beiträgt. Je nach der im Wirbelfeld gespeicherten Arbeit (Wirbelenergie), sollte die vektorielle Geschwindigkeitsänderung auch groß sein. Die aufgrund von „Stall“ induzierte Geschwindigkeitsinduktion ist ein nichtstationärer Vorgang. Der Stall produziert eine lokale „Jetströmung“.
Inhaltsverzeichnis
- Intro
- Die Induktionswirkung eines Wirbelfadenelements
- Transiente Effekte
- Zirkulation
- Elektrodynamische Analogie
- Verallgemeinernd wird unter elektromagnetischer Induktion das Entstehen eines elektrischen Feldes als Folge der Änderung der magnetischen Flussdichte verstanden
- Zusammenstellung der das Gesetz Von Biot 'und Savart betreffenden Symbole, Größen und ihre Einheiten in der Elektrotechnik und in der Strömungsmechanik
- Das Gesetz von Biot und Savart für spiralenförmige Leiter (Elektrotechnik) und Wirbel (Strömungsmechanik)
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Der Aufsatz untersucht das Phänomen der „durch Stall induzierten, instationären Jetströmungen" (stiiJETs), die durch den Kollaps der Zirkulation an Tragflächen beim Stall entstehen. Der Fokus liegt auf der Beschreibung der physikalischen Grundlagen und der Analogie zu elektrodynamischen Phänomenen, insbesondere der Selbstinduktion in elektrischen Spulen.
- Stall-induzierte, instationäre Jetströmungen (stiiJETs)
- Zusammenbruch der Zirkulation an Tragflächen
- Analogie zu elektrodynamischen Phänomenen
- Selbstinduktion in elektrischen Spulen
- Nichtstationäre Strömungsmechanik
Zusammenfassung der Kapitel
- Intro: Einleitung in die Thematik der Wirbelfadenspirale und der induzierten Geschwindigkeitsbeiträge im Strömungsfeld. Erläuterung der Entstehung von Randwirbeln an Tragflächen und deren Bedeutung für die Auftriebserzeugung.
- Die Induktionswirkung eines Wirbelfadenelements: Mathematische Beschreibung der Geschwindigkeit y_ in einem Aufpunkt P, die durch einen Wirbelfaden im Quellpunkt Q induziert wird. Herleitung der Formel zur Berechnung der induzierten Geschwindigkeit.
- Transiente Effekte: Beschreibung des Phänomens des Stalls, der durch eine plötzliche Änderung der Anströmrichtung einer Tragfläche entsteht. Der Stall führt zu einem Einbruch der Zirkulation und zur Freisetzung von Energie, die als „Selbstinduktionsgeschwindigkeit" wirksam wird.
- Zirkulation: Definition der Zirkulation und deren Zusammenhang mit der Auftriebserzeugung. Erläuterung, wie der Stallprozess die Zirkulation beeinflusst und zu einer induzierten Geschwindigkeit beiträgt.
- Elektrodynamische Analogie: Vergleich des Phänomens der stiiJETs mit dem elektrodynamischen Phänomen der Selbstinduktion in einer elektrischen Spule. Beschreibung der elektromagnetischen Induktion und der Lenzschen Regel.
- Verallgemeinernd wird unter elektromagnetischer Induktion das Entstehen eines elektrischen Feldes als Folge der Änderung der magnetischen Flussdichte verstanden: Detaillierte Erklärung der elektromagnetischen Induktion und ihrer Anwendung in der Elektrotechnik. Vergleich mit der fluidmechanischen Analogie.
- Zusammenstellung der das Gesetz Von Biot 'und Savart betreffenden Symbole, Größen und ihre Einheiten in der Elektrotechnik und in der Strömungsmechanik: Übersicht über die wichtigsten Symbole, Größen und Einheiten in der Elektrotechnik und der Strömungsmechanik, die im Zusammenhang mit dem Gesetz von Biot und Savart stehen.
- Das Gesetz von Biot und Savart für spiralenförmige Leiter (Elektrotechnik) und Wirbel (Strömungsmechanik): Anwendung des Gesetzes von Biot und Savart auf spiralenförmige Leiter und Wirbel. Vergleich der beiden Systeme und deren Eigenschaften.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen Stall, Zirkulation, Wirbelfaden, stiiJETs, Selbstinduktion, elektromagnetische Induktion, Strömungsmechanik, fluidmechanische Analogie. Der Aufsatz beleuchtet die Entstehung von stiiJETs, die durch den Kollaps der Zirkulation an Tragflächen beim Stall entstehen, und stellt eine Analogie zu elektrodynamischen Phänomenen, insbesondere der Selbstinduktion in elektrischen Spulen, her.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Autor:in), 2013, Durch Stall induzierte, nicht stationäre Jetströmungen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/265897
