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Aerodynamik von altgriechisch ἀήρ aer Luft und δύναµις dynamis Kraft ist Teil der Fluiddynamik Strömungslehre und beschr

Aerodynamik

Aerodynamik (von altgriechisch ἀήρ aer, Luft, und δύναµις dynamis, Kraft) ist Teil der Fluiddynamik (Strömungslehre) und beschreibt das Verhalten von Körpern in Luft oder kompressiblen Gasen, bei letzteren spricht man auch von Gasdynamik. Das zweite Teilgebiet der Fluiddynamik, die Hydrodynamik, behandelt dagegen Flüssigkeiten.

Wirbelschleppe, ein aerodynamischer Effekt

Die Aerodynamik beschreibt die Kräfte, wie den dynamischen Auftrieb, die es beispielsweise Flugzeugen ermöglichen, zu fliegen oder Segelschiffen, mit Hilfe des Windes durchs Wasser zu segeln. Viele weitere Bereiche der Technik, wie zum Beispiel das Bauingenieurwesen oder der Fahrzeugbau, müssen sich mit der Aerodynamik auseinandersetzen.

Spezialgebiete

Die Aerodynamik ist ein Untergebiet der Strömungslehre (auch Fluiddynamik) und enthält mehrere Spezialbereiche, die sich auf verschiedene Schwerpunkte spezialisiert haben:

  • Tragflügeltheorie: Bewegungen eines Flügels in dichtem Gas
  • Raumfahrtaerodynamik: Dieses Gebiet befasst sich mit der Aerodynamik bei Flug und Wiedereintritt von Raumflugkörpern
  • Überschallaerodynamik: Flugkörper, die sich schneller als der Schall bewegen (Mach 1 bis Mach 3)
  • Hyperschallaerodynamik: Flugkörper, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit in dichten Gasen bewegen (Mach 3+)
  • Grenzschichttheorie: Es wird die eng anliegende Schicht im Nahbereich um Körper herum betrachtet
  • Aerodynamik der Turbinen und der Windturbinen
  • Physik des Segelns: Bei der Konstruktion eines Segelschiffes müssen die Strömungsverhältnisse um das Segel und die Hydrodynamik des Rumpfes bedacht werden.

Theoretische Modelle

Strömung um einen Tragflügel. Diese inkompressible Strömung genügt den Euler-Gleichungen.

Das umfassendste Modell sind die Navier-Stokes-Gleichungen. Es handelt sich hierbei um ein System von nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen 2. Ordnung, die ein newtonsches Fluid komplett beschreiben. Insbesondere sind auch Turbulenz und die hydrodynamische Grenzschicht enthalten.

Ein einfacheres Modell sind die Euler-Gleichungen, die aufgrund der vernachlässigten Reibung die Grenzschicht nicht abbilden und auch keine Turbulenz enthalten, womit beispielsweise ein Strömungsabriss nicht über dieses Modell simuliert werden kann. Dafür sind wesentlich gröbere Gitter geeignet, um die Gleichungen sinnvoll zu lösen. Für diejenigen Teile der Strömung, in denen die Grenzschicht keine wesentliche Rolle spielt, sind die Euler-Gleichungen dagegen sehr gut geeignet.

Die Potentialgleichungen schließlich sind vor allem nützlich, wenn grobe Vorhersagen gemacht werden sollen. Bei ihnen wird die Entropie als konstant vorausgesetzt, was bedeutet, dass keine starken Schockwellen auftreten können, da an diesen die Entropie sogar unstetig ist.

Anwendung

Heutzutage findet die aerodynamische Auslegung von Flug- und Fahrzeugen überwiegend am Computer statt. Von großer Bedeutung ist die numerische Strömungssimulation (CFD), bei der durch computergestützte Verfahren mit entsprechendem Rechenaufwand gute Näherungen für reale Strömungsvorgänge erzielt werden können. Für viele Anwendungen sind aufgrund der Komplexität der auftretenden Phänomene Messungen in Windkanälen notwendig, um die Auslegung zu verifizieren.

Literatur

  • Cameron Tropea: Aerodynamik I & II, Forschungsberichte Strömungslehre und Aerodynamik, Shaker, Aachen 2004, ISBN 3-8322-3255-9
  • Reinhard Kutter: Flugzeug Aerodynamik – technische Lösungen und struktureller Aufbau. Motorbuch, Stuttgart 1990, ISBN 3-87943-956-7
  • Czesław A. Marchaj: Aerodynamik und Hydrodynamik des Segelns. Delius Klasing, Bielefeld 1991, ISBN 3-7688-0729-0
  • Theodore von Kármán: Aerodynamik – ausgewählte Themen im Lichte der historischen Entwicklung. Interavia, Genf 1956
  • Ludwig Prandtl: Vier Abhandlungen zur Hydrodynamik und Aerodynamik. Selbstverlag der Aerodynamischen Versuchsanstalt, Göttingen 1944.
  • John D. Anderson: A history of aerodynamics – and its impact on flying machines. Cambridge University Press, Cambridge 2000, ISBN 0-521-45435-2
  • Rose McCallen: The aerodynamics of heavy vehicles – trucks, buses, and trains. Springer, Berlin 2004, ISBN 978-3-540-22088-6
  • J. Gordon Leishman: Principles of helicopter aerodynamics. Cambridge University Press, Cambridge 2000, ISBN 0-521-66060-2
  • John D. Anderson: Fundamentals of aerodynamics. McGraw-Hill, Boston 2007, ISBN 978-0-07-125408-3
  • John J. Bertin, Russell M. Cummings: Aerodynamics for engineers. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 2009, ISBN 978-0-13-235521-6
  • Alois P. Schaffarczyk: Introduction to Wind Turbine Aerodynamics. Springer, Berlin, 2014, ISBN 978-3-642-36408-2

Weblinks

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Veröffentlichungsdatum:
Aerodynamik von altgriechisch ἀhr aer Luft und dynaµis dynamis Kraft ist Teil der Fluiddynamik Stromungslehre und beschreibt das Verhalten von Korpern in Luft oder kompressiblen Gasen bei letzteren spricht man auch von Gasdynamik Das zweite Teilgebiet der Fluiddynamik die Hydrodynamik behandelt dagegen Flussigkeiten Wirbelschleppe ein aerodynamischer EffektDie Aerodynamik beschreibt die Krafte wie den dynamischen Auftrieb die es beispielsweise Flugzeugen ermoglichen zu fliegen oder Segelschiffen mit Hilfe des Windes durchs Wasser zu segeln Viele weitere Bereiche der Technik wie zum Beispiel das Bauingenieurwesen oder der Fahrzeugbau mussen sich mit der Aerodynamik auseinandersetzen Inhaltsverzeichnis 1 Spezialgebiete 2 Theoretische Modelle 3 Anwendung 4 Literatur 5 WeblinksSpezialgebiete BearbeitenDie Aerodynamik ist ein Untergebiet der Stromungslehre auch Fluiddynamik und enthalt mehrere Spezialbereiche die sich auf verschiedene Schwerpunkte spezialisiert haben Tragflugeltheorie Bewegungen eines Flugels in dichtem Gas Raumfahrtaerodynamik Dieses Gebiet befasst sich mit der Aerodynamik bei Flug und Wiedereintritt von Raumflugkorpern Uberschallaerodynamik Flugkorper die sich schneller als der Schall bewegen Mach 1 bis Mach 3 Hyperschallaerodynamik Flugkorper die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit in dichten Gasen bewegen Mach 3 Grenzschichttheorie Es wird die eng anliegende Schicht im Nahbereich um Korper herum betrachtet Aerodynamik der Turbinen und der Windturbinen Physik des Segelns Bei der Konstruktion eines Segelschiffes mussen die Stromungsverhaltnisse um das Segel und die Hydrodynamik des Rumpfes bedacht werden Theoretische Modelle Bearbeiten Stromung um einen Tragflugel Diese inkompressible Stromung genugt den Euler Gleichungen Das umfassendste Modell sind die Navier Stokes Gleichungen Es handelt sich hierbei um ein System von nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen 2 Ordnung die ein newtonsches Fluid komplett beschreiben Insbesondere sind auch Turbulenz und die hydrodynamische Grenzschicht enthalten Ein einfacheres Modell sind die Euler Gleichungen die aufgrund der vernachlassigten Reibung die Grenzschicht nicht abbilden und auch keine Turbulenz enthalten womit beispielsweise ein Stromungsabriss nicht uber dieses Modell simuliert werden kann Dafur sind wesentlich grobere Gitter geeignet um die Gleichungen sinnvoll zu losen Fur diejenigen Teile der Stromung in denen die Grenzschicht keine wesentliche Rolle spielt sind die Euler Gleichungen dagegen sehr gut geeignet Die Potentialgleichungen schliesslich sind vor allem nutzlich wenn grobe Vorhersagen gemacht werden sollen Bei ihnen wird die Entropie als konstant vorausgesetzt was bedeutet dass keine starken Schockwellen auftreten konnen da an diesen die Entropie sogar unstetig ist Anwendung BearbeitenHeutzutage findet die aerodynamische Auslegung von Flug und Fahrzeugen uberwiegend am Computer statt Von grosser Bedeutung ist die numerische Stromungssimulation CFD bei der durch computergestutzte Verfahren mit entsprechendem Rechenaufwand gute Naherungen fur reale Stromungsvorgange erzielt werden konnen Fur viele Anwendungen sind aufgrund der Komplexitat der auftretenden Phanomene Messungen in Windkanalen notwendig um die Auslegung zu verifizieren Literatur BearbeitenCameron Tropea Aerodynamik I amp II Forschungsberichte Stromungslehre und Aerodynamik Shaker Aachen 2004 ISBN 3 8322 3255 9 Reinhard Kutter Flugzeug Aerodynamik technische Losungen und struktureller Aufbau Motorbuch Stuttgart 1990 ISBN 3 87943 956 7 Czeslaw A Marchaj Aerodynamik und Hydrodynamik des Segelns Delius Klasing Bielefeld 1991 ISBN 3 7688 0729 0 Theodore von Karman Aerodynamik ausgewahlte Themen im Lichte der historischen Entwicklung Interavia Genf 1956 Ludwig Prandtl Vier Abhandlungen zur Hydrodynamik und Aerodynamik Selbstverlag der Aerodynamischen Versuchsanstalt Gottingen 1944 John D Anderson A history of aerodynamics and its impact on flying machines Cambridge University Press Cambridge 2000 ISBN 0 521 45435 2 Rose McCallen The aerodynamics of heavy vehicles trucks buses and trains Springer Berlin 2004 ISBN 978 3 540 22088 6 J Gordon Leishman Principles of helicopter aerodynamics Cambridge University Press Cambridge 2000 ISBN 0 521 66060 2 John D Anderson Fundamentals of aerodynamics McGraw Hill Boston 2007 ISBN 978 0 07 125408 3 John J Bertin Russell M Cummings Aerodynamics for engineers Pearson Prentice Hall Upper Saddle River NJ 2009 ISBN 978 0 13 235521 6 Alois P Schaffarczyk Introduction to Wind Turbine Aerodynamics Springer Berlin 2014 ISBN 978 3 642 36408 2Weblinks Bearbeiten Commons Aerodynamik Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Wiktionary Aerodynamik Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen DLR Institut fur Aerodynamik und Stromungstechnik NASA Willkommen beim Anfangerkurs fur Aerodynamik englisch Aerodynamik fur Studenten englisch Normdaten Sachbegriff GND 4000589 6 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w 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