Skip to main content

2023 | OriginalPaper | Buchkapitel

2. Physikalische Grundlagen der Aerodynamik

verfasst von : Andreas Dillmann

Erschienen in: Hucho - Aerodynamik des Automobils

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Zusammenfassung

Physikalische Grundlage der Strömungsmechanik ist die Anwendung der Newtonschen Axiome der Mechanik [140] auf ein gedanklich aus dem Fluid herausgeschnittenes Volumenelement, das zu jedem Zeitpunkt ein und dieselbe Fluidmasse enthält und dessen Abmessungen beliebig klein gewählt werden können, ohne dass dabei die molekulare Struktur der Materie in Erscheinung tritt (Kontinuumshypothese). Die Forderung nach der zeitlichen Unveränderlichkeit der Masse Δm des Fluidelements liefert dann die einfache Beziehungwährend das 2. Newtonsche Axiom besagt, dass das Produkt aus Masse Δm und Beschleunigung dv/dt gleich der Summe der am Fluidelement angreifenden Kräfte F ist: Die beiden Beziehungen (2.1) und (2.2), die in der Strömungsmechanik auch als Erhaltungssätze für Masse und Impuls bezeichnet werden, genügen in der klassischen Aerodynamik bereits zur vollständigen Beschreibung des Strömungszustandes. Spielen darüber hinaus auch thermodynamische Effekte eine Rolle, so tritt zur Massen- und Impulserhaltung noch die Energieerhaltung in Form des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik, die hier jedoch nicht betrachtet wird.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Fußnoten
1
Nähere Angaben dazu sowie eine einfache Beziehung zur Abschätzung von Kompressibilitätseffekten findet man in Abschn. 2.4.2.
 
2
Der transponierte Tensor AT entsteht aus dem Tensor A durch Vertauschung von Zeilen und Spalten.
 
3
Fluide, die dem linearen Zusammenhang (2.35) zwischen Schubspannung und Scherrate folgen, werden auch als Newtonsche Fluide bezeichnet.
 
4
Bei Flüssigkeiten, deren Eigenschaften im Unterschied zu Gasen maßgeblich von zwischenmolekularen Kräften bestimmt werden, kommt es bei wachsender Temperatur aufgrund der zunehmenden Lockerung dieser Bindungen meist zu einer Abnahme von μ.
 
5
Beispiele hierfür sind die Strömung im Längs- oder Mittenschnitt eines Fahrzeugs, wie sie z. B. in Abb. 2.31 gezeigt sind.
 
6
In Flüssigkeiten kann es bei der Strömung um eine scharfe Kante auch zum Unterschreiten des Dampfdruckes kommen, wodurch es lokal zur Bildung von Dampfblasen kommt. Dieser Vorgang wird in der Technik als Kavitation bezeichnet.
 
7
Die Geschwindigkeit besitzt keine Radialkomponente, sondern nur eine Komponente in Umfangsrichtung.
 
8
Für einen Pkw (L = 5 m) ergibt sich zum Beispiel bei einer Fahrgeschwindigkeit von u = 200 km/h eine Reynolds-Zahl von Re = 2 · 107.
 
9
Die Stirnfläche Ax ist der Inhalt derjenigen Fläche, welche bei einer Parallelprojektion des Körperumrisses in Strömungsrichtung auf eine senkrecht dazu hinter dem Körper stehende Wand erzeugt wird (vgl. Abb. 1.​5).
 
10
In der Grenzschichttheorie sind auch weitere Definitionen einer Grenzschichtdicke in Gebrauch, die sich statt auf den äquivalenten Massenstrom auf den Impulsstrom („Impulsverlustdicke“) oder den Strom kinetischer Energie („Energieverlustdicke“) beziehen. Näheres dazu findet man in [834] und [835].
 
11
Diese qualitative Aussage gilt auch für turbulente Grenzschichten (vgl. Abschn. 2.3.4).
 
12
Für höhere Reynolds-Zahlen ist das halbempirische logarithmische Wandgesetz, das auf theoretischen Überlegungen fußt und daher einen universellen Charakter hat, eine bessere Approximation (vgl. Schlichting und Gersten [835]).
 
13
Um diesen Unterschied zur üblichen Konvention deutlich zu machen, wird statt der üblichen Bezeichnung cw das Symbol cf („friction“) verwendet.
 
14
Genauere Beziehungen für den Bereich höherer Reynolds-Zahlen findet man bei Schlichting und Gersten [835].
 
15
Diese implizite Gleichung für λ ist iterativ auszuwerten, indem man einem Startwert in die rechte Seite einsetzt und diese Prozedur dann mit dem jeweiligen Ergebnis einige Male wiederholt. Das einfache Verfahren konvergiert in der Regel sehr schnell.
 
Literatur
140.
Zurück zum Zitat Budó, A.: Theoretische Mechanik. VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften (1987) MATH Budó, A.: Theoretische Mechanik. VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften (1987) MATH
1043.
Zurück zum Zitat Wieghardt, K.: Theoretische Strömungslehre. B. G. Teubner, 1965 und Göttinger Universitätsverlag, 2006. Wieghardt, K.: Theoretische Strömungslehre. B. G. Teubner, 1965 und Göttinger Universitätsverlag, 2006.
346.
Zurück zum Zitat Grosche, G., Zeidler, E.: Teubner-Taschenbuch der Mathematik. Teubner, Stuttgart (1996) MATH Grosche, G., Zeidler, E.: Teubner-Taschenbuch der Mathematik. Teubner, Stuttgart (1996) MATH
442.
Zurück zum Zitat Hucho, W.-H.: Aerodynamik der stumpfen Körper, 2 Aufl.. Vieweg, Wiesbaden (2011) MATH Hucho, W.-H.: Aerodynamik der stumpfen Körper, 2 Aufl.. Vieweg, Wiesbaden (2011) MATH
832.
Zurück zum Zitat Schlichting, H., Truckenbrodt, E.: Aerodynamik des Flugzeugs. Bd. 1 und 2. Springer, Berlin/Heidelberg (1969) CrossRefMATH Schlichting, H., Truckenbrodt, E.: Aerodynamik des Flugzeugs. Bd. 1 und 2. Springer, Berlin/Heidelberg (1969) CrossRefMATH
565.
457.
Zurück zum Zitat Hummel, D.: On the Vortex Formation Over a Slender Wing at large Angles of Incidence. AGARD CP – 247, 15 – 1 und 15 – 17 (1978) Hummel, D.: On the Vortex Formation Over a Slender Wing at large Angles of Incidence. AGARD CP – 247, 15 – 1 und 15 – 17 (1978)
834.
835.
Zurück zum Zitat Schlichting, H., Gersten, K.: Grenzschichttheorie, 10 Aufl.. Springer, Berlin/Heidelberg (2006) Schlichting, H., Gersten, K.: Grenzschichttheorie, 10 Aufl.. Springer, Berlin/Heidelberg (2006)
408.
Zurück zum Zitat Hoerner, S.F.: Fluid Dynamic Drag. Selbstverlag des Autors, Midland Park (1965) Hoerner, S.F.: Fluid Dynamic Drag. Selbstverlag des Autors, Midland Park (1965)
215.
Zurück zum Zitat Czichos, H., Hennecke, M. (Hrsg.): Hütte – das Ingenieurwissen. Springer, Berlin (2007) Czichos, H., Hennecke, M. (Hrsg.): Hütte – das Ingenieurwissen. Springer, Berlin (2007)
254.
Zurück zum Zitat Eck, B.: Technische Strömungslehre. Springer, Berlin/Heidelberg (1961) MATH Eck, B.: Technische Strömungslehre. Springer, Berlin/Heidelberg (1961) MATH
75.
Zurück zum Zitat Becker, E., Piltz, E.: Übungen zur Technischen Strömungslehre. Teubner, Stuttgart (1995) Becker, E., Piltz, E.: Übungen zur Technischen Strömungslehre. Teubner, Stuttgart (1995)
1065.
Zurück zum Zitat Zierep, J., Bühler, K.: Grundzüge der Strömungslehre. Springer Vieweg, Wiesbaden (2010) CrossRef Zierep, J., Bühler, K.: Grundzüge der Strömungslehre. Springer Vieweg, Wiesbaden (2010) CrossRef
74.
747.
Zurück zum Zitat Physik-Hütte (Band 1, Mechanik), Wilhelm Ernst und Sohn (1971) Physik-Hütte (Band 1, Mechanik), Wilhelm Ernst und Sohn (1971)
Metadaten
Titel
Physikalische Grundlagen der Aerodynamik
verfasst von
Andreas Dillmann
Copyright-Jahr
2023
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-35833-4_2

Premium Partner