> Oliver! Jetzt enttäuscht du mich aber. Eine Kugel hat im weitesten Sinne ein symetrisches Profil und damit gar keinen Auftrieb, ganz egal wie die Oberfläche gestaltet ist.

Keine Angst, ich weiß wovon ich rede ;-) Eine Kugel, die rotiert (was ich vergaß zu erwähnen), hat durchaus Auftrieb, oder auch Abtrieb, je nach Rotationsrichtung. So kann man Bälle mit Effet spielen (Tennis, Fußball). Meines Wissens verstärken die Dellen im Golfball diesen Effekt. Wichtig sind hier Oberflächenbeschaffenheit (rau -> mehr Auftrieb) und Masse bzw. Trägheit (niedriges Gewicht -> niedrige Trägheit -> mehr Auftrieb, siehe Tischtennisball).

> Ob das bei einer Rakete aber Sinn macht wage ich zu bezweifeln, da sie ja von Haus aus schon eine optimierte Form besitzt.

Meine ich auch. Wir suchen eine widerstandsarme Oberfläche, nicht eine die bei Rotation Auftrieb erzeugt. Somit könnte man höchstens Raketen seitlich versetzt fliegen lassen, wenn man dann Wert darauf legt.

Du hast Recht mit dem Windkanal, wir haben hier welche an der Supaero, die man schon fast ins Wohnzimmer stellen könnte (6x2x1 m, ca. 50x50 cm Versuchsquerschnitt, bis 30 m/s). Ein einfacher Herd-Stromanschluss reicht da aber noch nicht, denke ich. Den Gedanken haben Jürg, Neil und ich schon länger... Ah, einer meiner Profs hier hat noch einen ganz kleinen, den müsste ich mir mal genauer anschauen. Aber keine Ahnung was der genau kann, denn unter 20x20 cm Querschnitt würde ich nicht gehen wollen.

Oliver

Zitat:

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Original geschrieben von Achim
Ob das bei einer Rakete aber Sinn macht wage ich zu bezweifeln, da sie ja von Haus aus schon eine optimierte Form besitzt.

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Ein Haifisch hat auche eine aüßerst stömungsgünstige Figur aber trotzdem ist der kollege rau auf der Oberflache.

Da wird schon seine Gründe haben.

weiter...

Libellenflügel sind so kaskardenmäßig, überall Ecken und Kanten um Luftwirbel zubilden.

weiter

Vogelfedern sind zwar für den Menschen glatt wenn er drüberstreicht, unterm Microskop haben die aber auch eine Oberfläche die wie der männliche Part von Klettverschluß aussieht.

So wie ich das verstanden habe sollen diese "Kanten" das jeweilige Medium verwirbeln damit der umliegende R4est darüber abgleitet wie zwei ebene Platten wo Kugeln zwischenliegen.

Außer bei Erde scheint das nicht zu gehen, da ist reibungsärmste Vertreter der Sandwurm oder die Sandboa, die ist glatter als der polierteste Stahl, warum auch immer.
Die setzt die Nase an, drückt und weg isse (in der Erde).
*Ich glaube das macht die gerne*

Gruß Jens

btw.: Oli A.: Kannst Du nicht zufällig mal ein Date in einem Winkanal festmachen

> Kannst Du nicht zufällig mal ein Date in einem Winkanal festmachen

Da brauch ich kein Date, da geh ich hin und frage lieb. Es müssen allerdings die passenden Messeinrichtungen vorhanden sein. Und Ihr müsst mir schicken, was ich da reinhängen soll. Bin noch mind. bis Ende Juni hier.

Oliver

Hi,

ein paar allgemeine, den meisten sicher bekannte Dinge habe ich mal im Glossar ergänzt.

Siehe auch: cw-Wert
Siehe auch: Stromlinienkörper
Siehe auch: Widerstandskraft

Im Windkanal kann man die Widerstandskraft direkt messen und den cw-Wert errechnen. Mit Rauch oder am Modell befestigten Fäden kann man die Wirbel sichtbar machen.

Die Frage ist nun, ob eine glatte Oberfläche wirklich die optimale ist oder eine bestimmte Struktur noch weniger Reibungsverluste bringt. Es gibt mit großer Wahrscheinlichkeit bereits Untersuchungen. Wer hat Informationen zu den Ergebnissen?

Gruß Andreas

Geändert von Andreas H. am 05. Dezember 2005 um 12:30

Naja, ich dachte dass man in so einem improvisierten Windkanal via try and error doch leicht zu Verbesserungen gelangen könnte. Absolute Werte sind da völlig belanglos. Man könnte so unterschiedliche Oberflächen, Spitzenformen ect. optimieren. Eine waage die 1/10 Gramm anzeigt wäre sicher völlig ausreichend. Auch die Strömung müsste für vergleichende Messungen nicht laminar sein. Ausserdem liesse sich da sicher durch ein Wabenfilter wie es in der Beleuchtungstechnik eingesetzt wird, oder durch E-Installationsrohre ebenfalls was improvisieren lassen.

Gruß,
Achim

In der Luftfahrt wird die sogenannte Riblet-Folie verwendet. Diese ist der Haihaut nachempfunden und soll den Stömungswiderstand durch eine Herabsetzung der Wandreibung um bis zu 6% reduzieren.

Moin,

soweit ich weiß, dienen die Dellen im Golfball dazu, die laminare Strömung in eine turbulente zu verwandeln. Diese turbulente Strömung liegt länger am Ball an und reißt später ab. Da sie auf Ihrem Weg dann schon weiter um die Kugel ist, veringert sich die Fläche an der der böse Zug hinter der Kugel wirken kann.
Siehe: http://wings.avkids.com/Book/Sports/instructor/golf-01.html

Merke: Der Luftwiderstand wird nicht hauptsächlich von der Vorderseite des Objektes bestimmt, sondern von seiner Rückseite. Deshalb ist für ein Objekt, welches Unterschall fliegt, eine runde Spitze auch nicht schlecher, als eine spitze Spitze.

Grüße
Malte

Zitat:

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Original geschrieben von hybrid

Merke: Der Luftwiderstand wird nicht hauptsächlich von der Vorderseite des Objektes bestimmt, sondern von seiner Rückseite. Deshalb ist für ein Objekt, welches Unterschall fliegt, eine runde Spitze auch nicht schlecher, als eine spitze Spitze.

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Hhmmm, nicht ganz...!

Gruß Andreas

Hallo

Ganz interessanter Thread und ich habe lange überlegt, ob ich hier was sagen sollte. Warum? Weil ich wahrscheinlich von der Hälfte der Leute zerrissen werde.

Ich sag trotzdem. Mal ein Gedankenexperiment:

Ein Körper verdrängt Luft. Ok, das ist einfach. Betrachtet man jetzt ein Stromfaden, also verfolgt ein Luftmolekül von weit vor dem Objekt bis nach dem Objekt, so umkurvt es das Objekt, der Stromfaden umkreist das Objekt. Dabei wird Arbeit erzeugt. Oder anders betrachtet, das Objekt wird mit einer Kraft in dem Luftstrom gehalten. (Oder die Luft steht still und das Objekt bewegt sich.) Damit kann man ersteinmal nicht anfangen. Nun betrachtet mal alle Stromfäden, die am Nächsten am Objekt liegen. Sie erzeugen einen "virtuellen Körper" (übrigens mit einer quasi Nullreibungsoberfläche). Jetzt eine Aussage:
Ein Körper im Unterschall erzeugt den geringsten Luftwiderstand, wenn der virtuelle Körper am schlankesten (nicht am kleinsten) ist. Eine Kugel erzeugt zum Beispiel einen sehr "dicken" virtuellen Körper. Durch Oberflächenstruktur (Golfball) erzeugt man eng anliegende Wirbel und der virtuelle Körper wird schlanker. Wirbel können sich auch nachteilig auswirken. Beispiel, bei einer Rakete mit konischer Spitze werden an dem "scharfen" Übergang zu Zylinder Wirbel erzeugt. Der virtuelle Körper wird dicker. Sogar ein einfacher Zylinder erzeugt einen Widerstand, da die Luftströmung ja einen Bogen nimmt. Je länger das Objekt, desto größer wird zunächst der Bogen. Ab eine Länge fangen wellenförmige Stromfäden sich auszubilden. Wers nicht glaubt, kann einfach mit Wasser und einen "zweidimensinalen Körper" mal experimentieren. Aber Vorsicht, hier spielen auch Wasseroberflächeneffekte eine Rolle. (siehe Bugwelle, hat eine dreidimensionale Strömung nicht). Es mag sein, das es günstiger ist seine Zeit in Gewichtoptiemierung zu investieren. Die erwirtschaftete Höhe ist möglicherweise höher als wenn man seine Zeit in das Widerstangsproblem steckt. Aber wozu sind sonst Hobbys da?

Also Leute, sucht die optimale Form...

> Betrachtet man jetzt ein Stromfaden, also verfolgt ein Luftmolekül von weit vor dem Objekt bis nach dem Objekt, so umkurvt es das Objekt, der Stromfaden umkreist das Objekt. Dabei wird Arbeit erzeugt.

Nein. Mechanische Arbeit wird nur aus einer anderen Form von Energie umgewandelt, aber hier wird überhaupt keine Arbeit verrichtet, zumindest nicht wenn wir uns eine stationäre Strömung vorstellen.

> Oder anders betrachtet, das Objekt wird mit einer Kraft in dem Luftstrom gehalten. (Oder die Luft steht still und das Objekt bewegt sich.) Damit kann man ersteinmal nicht anfangen.

Oh doch. Die Form des Objekts bestimmt die Geschwindigkeitsverteilung um das Objekt, und daraus leitet sich die Druckverteilung her (nach Bernoulli). So kann man durch Integration alle benötigten Kräfte bestimmen (Luftwiderstand, Auftrieb). Damit kann man bei idealem Gas schon viel anfangen, bei einer Kugel werden aber alle Kräfte null sein.

> Nun betrachtet mal alle Stromfäden, die am Nächsten am Objekt liegen. Sie erzeugen einen "virtuellen Körper" (übrigens mit einer quasi Nullreibungsoberfläche).

Der in einem idealen Gas unserem eigentlich Körper entspricht (und auch keine Oberflächenreibung hat). Die Oberflächenreibung rührt von der Viskosität der Luft her, und hier kann man dann je nach Betrachtungsweise das Hindernis mit veränderter Geometrie betrachten.

> Ein Körper im Unterschall erzeugt den geringsten Luftwiderstand, wenn der virtuelle Körper am schlankesten (nicht am kleinsten) ist.

Oh, das ist nun aber alles relativ... was nimmst Du als Referenzfläche, was nimmst Du als "geringster Luftwiderstand" -- Kraft oder Koeffizient? Vergleichst Du bei gleichen Reynoldszahlen (in diesem Fall vor allem charakteristische Länge)?

> Eine Kugel erzeugt zum Beispiel einen sehr "dicken" virtuellen Körper.

Inwiefern? Du vermischst hier ideale und nicht-ideale Gase. Was Du meinst ist glaube ich die Grenzschicht, und normalerweise ist Luft so niedrigviskos dass das Hindernis seine Geometrie nicht großartig verändert. Es bilden sich jedoch Wirbel auf der Rückseite (Strömungsabriss).

> Durch Oberflächenstruktur (Golfball) erzeugt man eng anliegende Wirbel und der virtuelle Körper wird schlanker.

Nein. Nicht nennenswert. Und vor allem, was würde das für Auswirkungen auf den Luftwiderstand (siehe oben) haben? Eine turbulente Grenzschicht verzögert die Ablösung (warum genau müsste ich noch mal nachschauen), so dass die Wirbelzone hinter unserem Golfball kleiner wird, der Luftwiderstand sinkt.

> Wirbel können sich auch nachteilig auswirken. Beispiel, bei einer Rakete mit konischer Spitze werden an dem "scharfen" Übergang zu Zylinder Wirbel erzeugt. Der virtuelle Körper wird dicker.

Ich folge Deinem Bild des virtuellen Körpers noch nicht ganz, aber die Geometrie Kegel-Zylinder verlangt eine starke Rekompression der Luft, so dass sich hier Strömungsablösungen bilden (können). Vermutlich legt sich die Strömung bei einem ausreichend langen Zylinder wieder an, so dass wir hier nur eine lokale Ablösung haben, die uns die Strömung noch nicht ganz kaputt macht. Durch eine leichte Abrundung wird die Rekompression weniger brutal, so dass sich eine Ablösung vermeiden lässt.

> Sogar ein einfacher Zylinder erzeugt einen Widerstand, da die Luftströmung ja einen Bogen nimmt. Je länger das Objekt, desto größer wird zunächst der Bogen. Ab eine Länge fangen wellenförmige Stromfäden sich auszubilden.

Das musst Du mir erklären. Betrachtest Du den gesamten Zylinder mitsamt seiner senkrecht zur Strömung stehenden Vorderseite (dann kannste die Strömung von Anfang an knicken...), oder nur seine horizontale Seite? Und was für einen Bogen nimmt die Strömung? Und warum treten nach einer Weile wellenförmige Stromfäden auf (irgendwann schlägt die Grenzschicht in turbulent um, wenn sie das nicht sowieso schon ist, aber das hat mit wellenförmigen Stromfäden nichts zu tun)?

Ich finde Deine Bilder interessant, aber die müsstest Du nochmal genauer erläutern.

Oliver

PS: Für alle die sich fragen: Die optimale Form im Unterschall ist die bekannte Tropfenform, für Überschall die Raute.

Geändert von Oliver Arend am 15. Dezember 2005 um 22:29