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Dynamic Pressure in Aerodynamic Forces

1910
  • Otto Lilienthal
  • Wright brothers
  • Ludwig Prandtl
Aerodynamische Prüfeinrichtung mit Windkanal und Modellflugzeugflügel für die Luftfahrttechnik.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Aerodynamische Kräfte wie Auftrieb und Widerstand, die auf ein Objekt wirken, sind direkt proportional zu dessen Dynamik. Druck des umgebenden Fluids. Die Formeln lauten [latex]L = C_L cdot q cdot A[/latex] und [latex]D = C_D cdot q cdot A[/latex], wobei [latex]C_L[/latex] und [latex]C_D[/latex] die dimensionslosen Auftriebs- und Widerstandskoeffizienten sind, [latex]q[/latex] der dynamische Druck und [latex]A[/latex] eine Referenzfläche.

The use of dynamic pressure to define aerodynamic forces is a cornerstone of aeronautical engineering, enabling a powerful method of analysis called dimensional analysis. By expressing lift and drag in terms of dynamic pressure ([latex]q[/latex]), a reference area ([latex]A[/latex]), and a dimensionless coefficient ([latex]C_L[/latex] or [latex]C_D[/latex]), engineers can separate the effects of fluid properties and speed from the effects of the object’s shape. The coefficients [latex]C_L[/latex] and [latex]C_D[/latex] depend primarily on the shape of the body, its orientation to the flow (angle of attack), and the Reynolds number and Mach number. This separation is incredibly useful. For example, a scale model of an aircraft can be tested in a wind tunnel, and the measured lift and drag coefficients can be used to accurately predict the forces on the full-scale aircraft under different flight conditions (different altitudes, hence different densities, and different speeds).

Eine wichtige Anwendung dieses Konzepts in der Luft- und Raumfahrt ist der Begriff „Max Q“, der den Punkt während des atmosphärischen Aufstiegs eines Raumfahrzeugs bezeichnet, an dem der maximale dynamische Druck auftritt. Mit zunehmender Beschleunigung einer Rakete steigt ihre Geschwindigkeit (u), wodurch der dynamische Druck (q) zunimmt. Gleichzeitig nimmt mit steigender Höhe die atmosphärische Dichte (ρ) ab, wodurch der dynamische Druck (q) sinkt. Die Kombination dieser beiden gegenläufigen Effekte führt zu einem Spitzenwert des dynamischen Drucks. Dies ist der Moment maximaler mechanischer Belastung des Raumfahrzeugs, und seine Struktur muss so ausgelegt sein, dass sie diesen Belastungen standhält. Das Drosseln der Triebwerke um den Zeitpunkt von Max Q ist eine gängige Strategie, um diese Belastungen zu reduzieren und die strukturelle Integrität des Raumfahrzeugs zu gewährleisten.

UNESCO Nomenclature: 3301
- Luft- und Raumfahrttechnik

Typ

Abstraktes System

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Bernoullis Prinzip
  • Definition of dynamic pressure
  • Newtons Bewegungsgesetze und Konzepte des Flüssigkeitswiderstands
  • Early experimental work on airfoils by pioneers like George Cayley

Anwendungen

  • aircraft wing and fuselage design
  • automobile and race car body shaping for downforce and efficiency
  • turbine blade design for power generation
  • design of sails for boats and yachts
  • analysis of projectile trajectories (ballistics)
  • wind engineering for building stability

Patente:

NA

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Verwandt mit: Aerodynamik, Auftrieb, Widerstand, dynamischer Druck, Auftriebsbeiwert, Widerstandsbeiwert, Tragflügel, Fluiddynamik, Luftfahrttechnik, max q.

Historischer Kontext

Dynamic Pressure in Aerodynamic Forces

1903
1906
1910
1910
1910
1920
1920
1900
1903-05-10
1910
1910
1910
1910
1920
1920

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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