Strömungsmechanik im Maschinenbau, Teil V, Strömungsmechanik, Fortsetzung

Letzte Woche haben wir über Daniel Bernoulli und sein berühmtes Bernoulli-Prinzip gesprochen, das den Eckpfeiler der Fluiddynamik darstellt. Wie wir in der Folge dieser Woche sehen werden, gilt Bernoullis Prinzip nicht nur für Wasser, das in Rohren fließt. Stellen Sie sich einen anderen Fall vor, in dem es instrumentell ist, den eines Flugzeugflügels.

Abbildung 1 zeigt die Seitenansicht eines Flügels mit Pfeilen, die die Richtung des Luftstroms angeben, wenn sich das Flugzeug durch die Luft bewegt.

Abbildung 1 – Seitenansicht eines Flugzeugflügels

Obwohl er mehr als 100 Jahre vor dem ersten Flugzeug lebte, kann Bernoullis Prinzip verwendet werden, um zu erklären, warum eine solche Erfindung fliegen kann. Sie sehen, wenn Sie die Luft vergleichen, die über und unter einem Flügel strömt, lässt der Luftstrom aufgrund seiner Form schneller über die Oberseite als über die Unterseite strömen.

Bernoullis Prinzip kommt mit dem Flugzeugflügel genauso ins Spiel wie im Beispiel der Wasserleitungsströmung letzte Woche. Das heißt, die Gesamtenergie der Strömung ist an allen Punkten dieselbe wie die Luftströmung über und unter dem Flügel. Wenn sich nun der Luftstrom oben am Flügel beschleunigt, steigt die kinetische Energie des Luftstroms mit. Und erinnern Sie sich an die Analogie der letzten Woche zur 100-Dollar-Veränderung? Nun, es muss etwas geben, also wird in diesem Beispiel die Erhöhung der kinetischen Energie auf Kosten der Druckenergie erreicht, aber die Gesamtenergie bleibt gleich. Diese Abnahme der Druckenergie führt zu einem Druckabfall an der Oberseite des Flügels. Der höchste Druck unter dem Flügel übersteigt den niedrigsten Druck über dem Flügel. Dieses Ungleichgewicht sorgt für Auftrieb für das Flugzeug und ermöglicht es ihm, vom Boden abzuheben, sobald es auf seiner Landebahn eine ausreichend hohe Geschwindigkeit erreicht hat.

Die Gebrüder Wright, Männer, die ihrer Zeit voraus waren, gehörten zu den ersten Luftfahrtingenieuren. Sie hatten bemerkenswert fortgeschrittene Kenntnisse der Mathematik und der Prinzipien des Maschinenbaus. Sie verstanden auch, was Bernoulli lehrte und verwendeten sein Prinzip, um Flügelformen an ihren Segelflugzeugen und Flugzeugen zu entwerfen und zu testen. Sie waren erfolgreich, als sie feststellten, dass die Form des Flügels für die Bereitstellung des Auftriebs entscheidend war. Tatsächlich stellten sie fest, dass das Flugzeug je nach Flügelform den größten Auftrieb bei geringster Fluggeschwindigkeit erhalten würde, sodass sie einen leichteren Motor zum Antrieb der Propeller verwenden könnten. Das Gewicht spielt beim Fliegen immer eine Rolle, und die Fähigkeit, einen leichteren Motor zu verwenden, trug wesentlich zum Start des ersten Flugzeugs bei.

Das war’s für die Strömungsmechanik. Nächste Woche werden wir mit einer Diskussion über die Wärmeübertragung fortfahren, bei der untersucht wird, wie sich Wärme durch Hohlräume, Gase, Flüssigkeiten und feste Gegenstände bewegt.

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