Flugzeugaerodynamik I

Ein erster Schwerpunkt der Vorlesung besteht in der Diskussion der potentialtheoretischen sowie der reibungsbehafteten Umströmung von Profilen im Unterschall. Dabei werden neben der klassischen Skelett-Theorie zur Berechnung der inkompressiblen, reibungsfreien Umströmung angestellter Profilskelette wesentliche Grenzschichteffekte besprochen, das Lesen von Profilpolaren erläutert und der Einfluss wesentlicher Profilparameter auf die resultierenden Polaren diskutiert.

Zur Erfassung von Kompressibilitätseffekten werden verschiedene Varianten der sogenannten Ähnlichkeitsregeln besprochen, die eine Lösung der linearisierten Potenzialgleichung darstellen. Die zur Linearisierung erforderlichen Vereinfachungen werden diskutiert um die Anwendungsgrenzen der Ähnlichkeitsregeln zu begründen. Die transsonische Umströmung von Profilen sowie Maßnahmen zur Reduktion von Verdichtungsstößen wird im Rahmen der Aerodynamik I Vorlesung lediglich qualitativ behandelt. Zur Berechnung der reibungsfreien Überschallumströmung von Profilen wird eine einfache, linearisierte Theorie diskutiert, welche jedoch bereits den Einfluss wesentlicher Profilparameter auf die aerodynamischen Eigenschaften im reinen Überschall ermöglicht.

Im Rahmen der Vorlesung wird darüber hinaus die Bedeutung von Druck- und Neutralpunkt auf die statische Flugstabilität diskutiert und deren Berechnung für Profile oder dreidimensionale Konfigurationen bei beliebigen Mach-Zahlen diskutiert. Die Skelett- sowie die Überschall-Theorie dienen zur Quantifizierung der Positionen von Druck- und Neutralpunkt für reibungsfrei umströmte Profile.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Diskussion der Aerodynamik von Tragflügeln endlicher Streckung im Unterschall. Für quantitative Berechnungen wird das Prandtl’sche Traglinienverfahren sowie das Lösungsverfahren nach Multhopp behandelt. Dabei werden die Ursachen des induzierten Widerstandes sowie Ansätze zur Minimierung dieses Widerstandsanteils diskutiert. Unter Anwendung der Prandtl’schen Traglinientheorie wird der Einfluss wesentlicher geometrischer Flügelparameter auf die Verteilung von Auftriebsbeiwert und Zirkulation abgeleitet und die resultierende aerodynamische Leistung sowie die Abreißeigenschaften diskutiert.

Die Vorlesung Aerodynamik I liefert damit vereinfachte Berechnungsmethoden zur aerodynamischen Untersuchung und Auslegung von Profilen und Tragflügeln.

Sämtliche in der Vorlesung behandelten Berechnungsmethoden sind in dem vom IAG bereit gestellten, grafisch interaktiven Programm AERO implementiert, mit dem auf einfache Weise der Einfluss von Profil- oder Flügelgeometrie auf die aerodynamischen Eigenschaften berechnet werden kann.