Wirbeldichte 3D Flügel


Dargestellt ist die flächenhafte Wirbeldichte einer 3D Lösung des Umströmungsproblems für den Grenzfall der "infinitesimal dünnen Grenzschicht". In diesem Fall geht die Zähigkeit der Luft nur noch ein durch das Strömungsbild, bei dem die Partikel glatt an der Hinterkante abfließen. Anstelle eines dicken Profilquerschnitts ist dies eine Lösung z.B. für das Modell eines dünnen Insektenflügels. Auch die Platten in Lilienthals Versuch mit Rundlauf kann man mit diesem Modell berechnen.

Die Konfiguration ist eine ebene angestellte Platte. Gerechnet worden ist das Ergebnis mit einem Anstellwinkel von 10°. Das Seitenverhältnis von Spannweite (0.4 m) zu Flügeltiefe (0.16 m) beträgt 2.5. Als Beiwert für den Auftrieb ergibt sich der Wert 0.48. Die Details der Lösung sind als Datenblatt mitgeliefert.

Man muss sich in  die Darstellung erst hineindenken. Man sieht als mitbegter Beobachter "von oben" auf die Tragfläche. Die Partikel (die hier nicht gezeichnet sind) kommen von links und fließen nach rechts. Die Wirbeldichte schiebt sich von der Hinterkante in den Nachlauf. Der Nachlauf wird mit jeder Sekunde länger. Irgendwo hinter dem Profil liegt der "Startwirbel". Hier im Bild ist angenommen, dass dieser Startwirbel schon unendlich weit (das besagt die liegende "8") hinter dem Tragflügel zurück geblieben ist. Faktisch bedeutet dies nur, dass sein Einfluss bei der Lösung des Umströmungsproblems außer acht gelassen wird. Hinter der  Marke x=0.48 kommen also noch lange Strecken von Längswirbeln, die sich erst unendlich weit hinter dem Tragflügel schließen.

Die Gesamtzirkulation beim Start der Tragfläche war null und sie bleibt es auch, weil die Wirbellinien in sich zurücklaufen und eine geschlossene Linie bilden. Erst die gezeichneten Schnitte bringen diejenige Zirkulation hervor, die bei fester Spannweite ungefähr proportional zum Anstellwinkel der Platte anwächst. Legt man eine Fläche quer über den ganzen Nachlauf (x-z-Ebene), dann ist auch hier die Gesamtzirkulation null.