Luftkräfte

Alle Komponenten der an einem durch Luft umstömten Körper wirkenden einheitlichen Luftkraftresultierenden. Je nach Wahl des Koordinatensystems können unterschiedliche Luftkräfte betrachtet werden. Gebräuchlich sind vor allem 2 Zerlegungsmöglichkeiten

) im geschwindigkeitsfesten Koordinatensystem wirken die Widerstandskraft entgegen dem Geschwindigkeitsvektor, die Auftriebskraft senkrechtzu diesem in der vertikalen Symetrieebene des Körpers und die Seitenkraft im rechten Winkel zu Auftriebs- und Widerstandskraft;
) im flugkörpergebundenen Koordinatensystem wirkt die Tangentialkraft entlang der konstruktiven Längsachse des Flugkörpers (bei betrachten eines Profiles entlang der Profilsehne), die Normalkraft entlang der Hochachse der Konstruktion (senkrecht zur Längsachse in der Symetrieebene des Körpers) und die Querkraft entland der Querachse (senkrecht zur Längs- une Hochachse) des Flugkörpers.

In der Aerodynamik gilt - für Luft - die Annahmen, dass es sich um eine reibungsfreie, inkompressible Strömung handelt — aber im Überschallbereich kompressibel und durch Reibung temperaturveränderlich ist.

Luftkraftresultierende

Am Profil, Bauteil oder Flugkörper einheitlich wirkende Kraft, die sich aus der Wechselbeziehung zwischen Körper und umströmender Luft ergiebt; ihrem physikalischen Ursprung nach besteht sie aus Druck- und Reibungskräften, die über den ganzen Körper verteilt wirken.
Angriffspunkt der Luftkraftresultierenden ist stets der Druckpunkt. Bei Differenz zwischen Druck- und Schwerpunkt eines Körpers tritt eine Momentwirkung auf, die entsprechend der Kräftezerlegung ebenfalls zerlegt werden kann.

Kräfte am Flugzeug

Die am Flugzeug wirkenden Kräfte lassen sich in:

äußere Kräfte
Sie verursachen die Bewegungen des Körpers um seine Achsen. In der Flugmechanik werden die Bewegungen um die Achsen, die den konstruktiven Achen am nächsten kommen betrachtet. vergl. dazu Koordinatensysteme
- Schwerkraft
- Schubkraft
- Wiederstand
- Auftrieb
- Reaktionskräfte am Boden
innere Kräfte
- Massenkräfte
- Kräfte aus Deformations- und Temperaturspannungen

Lastvielfache(s): dimensionslose gerichtete Größe, stellt das Verhältnis zwischen den Luft- und Schubkräften einerseits und der Gewichtskraft andererseits oder, was dem entspricht, das zwischen der allgemeinen Beschleunigung eines Flugkörpers und der Fallbeschleunigung dar: Das Lastvielfache. wird gewöhnlich in Komponentendarstellungen verwendet, wobei die gebräuchlichsten vereinfachten Formen (Schiebewinkel gleich Null, Schubkraft entlang der x-Achse wirkend) im geschwindigkeitsgebundenen flugkörperfesten flugmechanischen Koordinatensystem abgeleitet werden:
Massenkräfte: Kräfte, die aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen bzw. Änderung der Bewegungsrichtung zustande kommen.
Ihre Größe bestimmt sich nach dem Newtonschen Grundprinzip aus Produkt von Masse und Beschleunigung.
Bei Manövern des Flugkörpers werden alle Befestigungspunkte von Teilmassen durch Massenkräfte beansprucht, die der Luftkkraftresultierenden entgegenwirken und deren Größe durch die Größe des Lastvielfachen bestimmt wird.

Druckpunkt

Neutralpunk Druckpunkt

→ Hauptartikel: Druckpunkt

Der Druckpunkt (DP) eines Körpers in der Strömung befindet sich dort, wo sich alle wirksamen Strömungskräfte zusammenfassen lassen. Er befindet sich beim Flügelprofil am Schnittpunkt von Luftkraftresultierenden und der Profilsehne. Seine Position auf der Profilsehne hängt von der Wölbung des Profils und vom Anstellwinkel der Tragfläche ab.
In Bezug auf den Druckpunkt wirkt kein Drehmoment. Dies unterscheidet ihn vom Neutralpunkt.

Der Druckpunkt befindet sich bei Auftriebsprofilen hinter dem Neutralpunkt. Der Abstand x zwischen diesen beiden Punkten beträgt $x = \frac {C_m}{C_a} \, t \; ,$ wobei die Flügeltiefe, C_m der Momentbeiwert in Bezug auf den Neutralpunkt und C_a der Auftriebsbeiwert ist. Symmetrische und gewisse S-Schlagprofile (gerade oder gewellte Skelettlinie) sind druckpunktfest. Der Druckpunkt bleibt bei diesen Profilen im normalen Anstellwinkelbereich stabil bei etwa einem Viertel der Flügeltiefe auf der Profilsehne.

An gewölbten Flügelprofilen ändert der Druckpunkt je nach Anstellwinkel seine Position in Strömungsrichtung. Er wandert auf der Profilsehne nach vorne, wenn der Anstellwinkel erhöht wird. Als geometrisches Maß für die Druckpunktwanderung gilt die Profilwölbung und deren Rücklage. Als dynamisches Maß für die Druckpunktwanderung gilt das Drehmoment um den Neutralpunkt. Bei symmetrischen Flügelprofilen befindet sich im normalen Anströmbereich der Druckpunkt stabil an der Stelle des Neutralpunktes und es findet keine Druckpunktwanderung statt.

Momentbeiwert

Manchmal wird der Momentbeiwert C_m25 eines Profils in einem Diagramm als "Kurve" über dem Anstellwinkel oder über dem Auftriebsbeiwert gezeigt. Da jedoch die Änderung dieser Kurve im normalen Anstellwinkelbereich gering ist, wird bei Profilbeschreibungen oft nur der Mittelwert des Drehmomentes am Neutralpunkt C_m verwendet.

$c_m = \frac {\Delta x_D}{t} \cdot c_a = \text{konstant}$

$\Delta x_D = x_D - x_N$ Der Abstand DP - NP steht in relativem Verhältnis zur Profiltiefe (t=1). Der Momentbeiwert hat oft ein Vorzeichen. Minus bedeutet, dass die Profilnase nach unten gedrückt wird.

Die Druckpunktwanderung über dem Anstellwinkel $\alpha$ ist ungefähr:

$\Delta x_D(\alpha) = t \cdot \frac {c_m} {c_a(\alpha)}$ Weg im Verhältnis zur Profiltiefe (t=1). Bei zunehmendem Anstellwinkel (Auftrieb) nimmt der Abstand des Druckpunktes zum Neutralpunkt ab.