|
Energie und Flügellast
Lassen Sie uns jetzt das Verhältnis zwischen Flügellast und Energie betrachten. Benötigt man mehr Energie, um mehr Passagiere und Ladung durch die Luft zu transportieren? Und, beeinflusst die Last die Geschwindigkeit des Strömungsabrisses? Wenn bei einer konstanten Geschwindigkeit die Flügellast erhöht wird, muss die vertikale Geschwindigkeit [der Luft] erhöht werden, um das auszugleichen. Das wird erreicht, indem man den Anstellwinkel erhöht. Wenn das Gesamtgewicht des Flugzeuges verdoppelt würde (sagen wir, bei einer 2-g Kurve), müsste die vertikale Geschwindigkeit der Luft verdoppelt werden, um die erhöhte Flügellast auszugleichen. Die induzierte Energie verhält sich proportional zu der Last, multipliziert mit der vertikalen Geschwindigkeit der umgeleiteten Luft, die beide verdoppelt wurden. Daher hat der induzierte Leistungsbedarf um den Faktor vier zugenommen! Die gleiche Situation würde entstehen, wenn das Gewicht des Flugzeuges verdoppelt würde, indem man mehr Kraftstoff zufügt, usw.
Eine Art, die Gesamtenergie zu messen, ist, die Höhe des Kraftstoffverbrauchs zu betrachten. Schaubild 13 zeigt den Kraftstoffverbrauch im Verhältnis zum Bruttogewicht für ein großes Transportflugzeug, das mit einer konstanten Geschwindigkeit fliegt (abgeleitet aus tatsächlichen Daten). Da die Geschwindigkeit konstant ist, ergibt sich die Änderung des Kraftstoffverbrauchs aus der Änderung der induzierten Energie. Die Daten werden durch eine Konstante (parasitische Energie) und einen Ausdruck bestimmt, der sich mit dem Quadrat der Last ändert. Dieser zweite Ausdruck entspricht dem, was wir in unserer newtonischen Diskussion über den Einfluss der Last auf die induzierte Energie vorausgesagt haben.
Die Zunahme des Anstellwinkels bei erhöhter Last hat einen weiteren Nachteil außer der Notwendigkeit für mehr Energie. Wie in Schaubild 9 gezeigt, reißt bei einem Flügel schließlich die Strömung ab, wenn die Luft der Oberfläche nicht mehr folgen kann, d.h. wenn der kritische Winkel erreicht wird. Schaubild 14 zeigt den Anstellwinkel als Funktion der Fluggeschwindigkeit für eine bestimmte Last und für eine 2-g Kurve. Der Anstellwinkel, bei dem die Strömung abreißt, ist konstant und nicht eine Funktion des Flügellast. Die Geschwindigkeit für den Strömungsabriss erhöht sich mit der Quadratwurzel der Last. Daher erhöht die Vergrößerung der Last in einer 2-g Kurve die Geschwindigkeit, bei der die Strömung am Flügel abreißt, um 40%. Eine Zunahme der Flughöhe würde außerdem die Zunahme des Anstellwinkels in einer 2-g Kurve bedeuten. Das ist der Grund, warum Piloten den 'Strömungsabriss bei höherer Geschwindigkeit' üben, der veranschaulicht, dass bei einem Flugzeug bei jeder Geschwindigkeit Strömungsabriss auftreten kann. Für jede Geschwindigkeit gibt es eine entsprechende Last, die Strömungsabriss verursacht.
|
