Aerodynamik der Flugel-Rumpf-Anordnung

10.1 Einffihrung in die Aerodynamik der Fliigel- RumpI – Anordnung

10.11 Allgemeines iiber die gegenseitige Beeinflussung der Flugzeugteile

Fiir die wesentlichen Einzelteile des Flugzeuges — Fliigel, Rumpf, Leitwerk — sind die aerodynamischen Beiwerte auf Grund der Theorie und von systematischen Messungen ziemlich gut bekannt. Die Aero­dynamik des Tragfliigels wurde in Кар. V bis VIII ausfiihrlich be – sprochen. Die dort gemachten Ausfiihrungen gelten sinngemaB auch fiir Leitwerke (Hohen – und Seitenleitwerk, vgl. Кар. XI). Die Aero­dynamik des Rumpfes wurde in Кар. IX behandelt. Beim Zusammen – bau dieser Einzelteile zum ganzen Flugzeug spielt fiir die Luftkrafte jedoch ihre gegenseitige Beeinflussung (Interferenz) eine sehr wichtige Rolle. In vielen Fallen sind die hierbei auftretenden Interfere nzeinfliisse von der gleichen GroBenordnung wie die Beitrage der einzelnen Teile zur Luftkraft des ganzen Flugzeuges. Aus diesem Grunde erfordert in der Aerodynamik des Flugzeuges die Beriicksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung eine besondere Aufmerksamkeit. Die physikalischen Ver – haltnisse bei der Aerodynamik der gegenseitigen Beeinflussung sind naturgemaB wesentlich schwieriger zu iiberblicken als bei der Aerodyna­mik der Einzelteile. Deshalb ist die theoretische Behandlung der Inter – ferenzprobleme erst viel spater in Angriff genommen worden und auch heute noch nicht so weit ausgebaut wie die der Einzelteile. Die Theorie der Interferenz-Aerodynamik ist bisher nur fiir reibungslose Stromung entwickelt worden.

Von den zahlreichen Interferenzeinfhissen der verschiedenen Teile des Flugzeuges sind am wichtigsten die gegenseitige Beeinflussung von Fliigel und Rumpf so wie der EinfluB des Fliigels auf die Leitwerke. Bei der Interferenz zwischen Fliigel und Rumpf handelt es sich hauptsach – lich um die Anderung der Auftriebsverteilung iiber Fliigel und Rumpf, wahrend der EinfluB des Fliigels auf die Leitwerke im wesentlichen in einer Anderung der Zustromrichtung der Leitwerke besteht, die durch das vom Fliigel induzierte Geschwindigkeitsfeld hervorgerufen wird.

Ein weiterer wichtiger InterferenzeinfluB ist der sog. BodeneinfluB, welcher entsteht, wenn sich das Flugzeug in Bodennahe befindet. Hier-

H. Schlichting et al., Aerodynamik des Flugzeuges © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2001

bei wird durch den BodeneinfluB der Auftriebsanstieg vergroBert und der induzierte Widerstand bei gleichem Auftrieb im allgemeinen ver – kleinert. Dieses Problem ist in [10], [12], [13], [16], [54], [55] und [60] eingehend theoretisch und experimentell behandelt worden.

Abb. 10.1. Auftrieb und Nickmoment einer Mitteldecker anordnung und eines Flugels allein, nach [36]. Rumpf: Rotationsellipsoid vom Achsenverhaltnis 1:7; Flugel: Rechteck vom Seitenverhaltnis Л = 5; Profil NACA 23012. a) Auftriebsbeiwert cA in AbMngigkeit vom Anstellwinkel л; b) Nickmomentenbeiwert cM in Abhangigkeit vom Auftriebsbeiwert cA.

Im vorliegenden Kapitel soli zunachst nur die gegenseitige Beein – flussung von Flugel und Rumpf behandelt werden. Die mit den Leit – werken zusammenhangenden Interferenzprobleme werden in Кар. XI zusammen mit der Aerodynamik der Leitwerke erortert werden.

Um eine Vorstellung von der GroBe der Interferenzeinfliisse bei Fliigel-Rumpf-Anordnungen zu geben, sind in Abb. 10.1 und 10.2 vor –

weg einige MeBergebnisse mitgeteilt. In Abb. 10.1a ist fur eine einfache Flugel-Rumpf-Anordnung, bestehend aus einem Rechteckfltigel und einem rotationssymmetrischen Rumpf in Mitteldeckeranordnung, sowie fur den Fliigel allein der Auftriebsbeiwert cA in Abhangigkeit vom An – stellwinkel a dargestellt. Im Bereich maBiger Anstellwinkel hat der

Rumpf keinen nennenswerten EinfluB auf den Verlauf der Kurve cA (л) Der Beiwert des Maximalauftriebes cAmax wird jedoch im vorliegenden Fall durch den Rumpf erheblich abgemindert. Dies wird verstandlich, wenn man bedenkt, daB beim Mitteldecker die Fliigelumstromung auf der Saugseite durch den Rumpf stark gestort wird und infolgedessen die Ablosung vorzeitig einsetzt. In Abb. 10.1b ist der Nickmomenten – beiwert cM in Abhangigkeit von cA fiir den Fliigel allein und die Fliigel-

Rumpf-Anordnung dargestellt. Man erkennt, daB durch den Rumpf der Nickmomentenanstieg dcMjdcA stark vergroBert wird. Dies ist ver­st andlich, wenn man bedenkt, daB der angestellte Rumpf allein ein Nickmoment erfahrt, welches ihn querzustellen bestrebt ist, vgl. Кар. 9.23. Durch den EinfluB des Flugels wird dieses Nickmoment des Rumpfes jedoch noch erheblich vergroBert.

In Abb. 10.2 ist fur eine Hochdeckeranordnung, die ebenfalls aus einem Rechteckfliigel und einem rotationssymmetrischen Rumpf be- steht, der Beiwert des Rollmomentes cL in Abhangigkeit vom Schiebe – winkel /? angegeben. Der Unterschied im Verlauf der Kurven cL(f}) fur den Fliigel allein und die Flugel-Rumpf-Anordnung ist recht groB. Durch den EinfluB des Rumpfes in Hochdeckeranordnung wird der Schieberollmomentenanstieg dcL/d^ stark vergroBert. Dies kommt durch die seitliche Umstromung des Rumpfes zustande. Die in Abb. 10.1 und 10.2 aufgezeigten Interferenzeinflusse sind einer theoretischen Be – handlung zuganglich. Andere Interferenzprobleme, insbesondere solche des Widerstandes von Fliigel-Rumpf-Anordnungen, sind einer theore­tischen Behandlung kaum zuganglich. Aus diesem Grunde sind hierfur systematische experimentelle Untersuchungen unentbehrlich [18], [52].

Zusammenfassende Darstellungen xiber die gegenseitige Beeinflussung von Fliigel und Rumpf sind u. a. von H. Schlichting [47] und [48], C. Ferrari [9] und H. R. Lawrence und A. H. Flax [27] veroffentlicht worden.