Widerstand

Widerstand
aerodynamischer Widerstand, Luftwiderstand, Strömungswiderstand
die Komponente der Luftkraft, die der Bewegung des Körpers im Luftstrom entgegengesetzt ist. Der Gesamtwiderstand hängt von der Geschwindigkeit und der Dichte der Luft sowie der Form und Oberflächenbeschaffenheit des Flugkörpers ab.
Die Größe des Widerstandes ermittelt man als
Cw Widerstandsbeiwert
ρ Luftdichte
v Geschwindigkeit
ATF tragende Fläche
Der Widerstand des Körpers setzt sich aus dem Widerstand seiner im Strom liegenden Teile zusammen. Dabei ist aufgrund der aerodynamischen Interferenz der Geamtwiderstand meist größer als die Summe der Teilwiderstände.
Die Teilwiderstände haben verschieden große Bestandteile, je nach Ursache ihrer Entstehung. Man unterscheidet am Tragflügel und ähnlichen Bauteilen den Profilwiderstand und den induziertrn Widerstand.
Der Profilwiderstand setzt sich seinerseits aus Reibungswiderstand (auch Oberflächenwiderstand) und Formwiderstand (auch Druckwiderstand) zusammen.
Der Reibungswiderstand hängt in erster Linie von der Oberflächenbeschaffenheit, d. h. der Rauhigkeit des Körpers und der Reynoldsschen Zahl ab. Er ist bei laminarer Strömung in der Grenzschicht kleiner als bei turbulenter Strömung.
Der Formwiderstand entsteht durch die Druckänderung in der Strömung beim Umfließen des Körpers (Bernoullische Gleichung). Er ist geringer, wenn der Körper ohne Wirbelbiidung umströmt wird, z.B. bei Stromlinienform des Körpers im Unterschallbereich, und größer, wenn durch Ablösen der Grenzschicht Wirbel entstehen.
Als Wellenwiderstand bezeichnet man eine Komponente des Formwiderstand, die bei Überschallgeschwindigkeit infoige der sprungartigen Druckänderung an Verdichtungsstößen auftritt. Als induzierten Widerstand des Traglügels bezeichnet man den auftriebsabhängigen, durch das Wirbelsystem aus gebundenem und abgehendem oder Randwirbel erzeugten Widerstand.
Ursache dieser Komponente sind die Druckunterschiede zwischen Unter- und Oberseite des Tragflügels, in deren Folge es zu einer Umströmung der Flügelenden von unten nach oben kommt. Durch große Streckung des Flügels, durch Endscheiben und andere konstruktive Maßnahmen kann man den induzierten Widerstand begrenzt beeinflussen.
Der Widerstand anderer Baugruppen wird meist unter dem Begriff Rest-Widerstand zusammengefaßt. Den Widerstand aller Teile eines Flugzeugs, die keinen Auftrieb erzeugen, bezeichnet man traditionell als schädlichen Widerstand. Im weiteren Sinne ist der gesamte, nicht an die Auftriebserzeugung gebundene Widerstand des Flugzeugs als schädlich zu bezeichnen.

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Wiederstandsbeiwert
In der Widerstandsgleichung dimensionslosen Größe cw.
Sie ist abhängig von der Form, der Oberflächenbeschaffenheit und den Ausmaßen eines Körpers sowie der Geschwindigkeit, Dichte und Zähigkeit eines umströmenden Mediums. Der Wiederstansbeiwert kann, ebenso wie der Widerstand in seinen Bestandteilen untersucht werden.
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Druckwiderstand
Der Druckwiderstand (auch Formwiderstand) ist die aus der Druckdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite eines umströmten Körpers resultierende Kraft auf diesen Körper. Die Druckdifferenz findet ihren Ursprung im Energieverlust der reibungsbehafteten Strömung (d.h. mit Viskosität). Durch die Reibung kann die Strömung den Körper nicht mehr so folgen, dass auf der hinteren Seite eine ungestörte Strömung zu beobachten ist: Es entstehen Grenzschichtablösungen, welche wiederum zu Verwirbelungen auf der Rückseite des Körpers führen. Mit den Verwirbelungen fällt der Druck auf der Rückseite des Körpers ab und es entsteht die genannte Druckdifferenz. Unter einer energetischen Betrachtung muss Arbeit verrichtet werden, um die Verwirbelungen auf der hinteren Seite des umströmten Körpers zu generieren.
Der Druckwiderstand darf nicht mit dem Schubspannungswiderstand verwechselt werden, welcher direkt von der Reibung der Strömung an der Oberfläche verursacht wird. Der Druckwiderstand bildet zusammen mit dem Schubspannungswiderstand den Gesamtwiderstandes eines umströmten Körpers.

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Schubspannungswiderstand
Der Schubspannungswiderstand (oder auch Reibungswiderstand) ist die Kraft auf einen von einem Fluid umströmten Körper, die aus der Scherung des an den Oberflächen anhaftenden Fluids entsteht. Er hängt von der Größe der betroffenen Oberfläche und den Strömungsverhältnissen ab. Wesentlich für die Größe des Schubspannungswiderstandes ist, ob die anliegende Strömung laminar oder turbulent ist.
Zur Reduzierung des Schubspannungswiderstandes werden bei Segelflugzeugen Laminar-Profile verwendet, die mit einer besonders großen Dickenrücklage (dickste Stelle vom Profil um die Mitte statt etwa beim vorderen Viertel) eine möglichst lange laminare Strömung behalten. Die aerodynamische Güte dieser Profile ist stark von der Beschaffenheit der Oberfläche abhängig. Schon Regentropfen, Kondenswasser, Schmutz oder Insekten können den Luftwiderstand erheblich erhöhen.
Der Schubspannungswiderstand bildet zusammen mit dem Druckwiderstand den Gesamtwiderstand eines umströmten Körpers.

 
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 03.03. 2017