Experiment: 20VOhneProp

Setup: Gewicht=Auftrieb 1200 g, Anströmung 20 m/s, 2.4 Grad Anstellwinkel.

Beginnen wir mit einem horizontalen Schnitt, also in der xy-Ebene,  knapp über der Tragfläche bzw. knapp unter dem Vorflügel. Im Bild 20VxyUVWP ist dargestellt der Absolutbetrag der Geschwindigkeit in Farbe, Trajektorien zeigen die Windrichtung und die Konturen das Druckfeld. Wie zu erwarten bildet sich am Vorflügel eine Grenzschicht aus, die dann dazu führt, dass die Tragfläche in diesem Bereich weniger stark angeströmt wird als es der freien Strömung entspricht.

Das Bild 20VxyTHORP zeigt die horizontale, turbulente Energie, das Bild 20VxyTVERP die vertikale, turbulente Energie anstatt des Absolutbetrages der Geschwindigkeit. Diese Bilder demonstrieren, warum die turbulente, kinetische Energie aufgeteilt wurde in eine horiziontale Komponente (vertikale Rotationsachse) und in eine vertikale Komponente (horizontale Rotationsachse). Während die horizontale, turbulente Energie an den Seitenwänden des Rumpfes und am absichtlich wenig aerodynamisch gestalteten Randbogen an den Enden der Tragfläche entsteht, wird über und unter der Tragfläche fast ausschließlich die vertikale, turbulente Energie erzeugt. Zusammen mit der Längenskala der Turbulenzelemente ergibt sich ein Diffusionskoeffizient, der über die Gleichungen für die mittlere Strömung zum Aufbau einer Grenzschicht führt. Das Bild 20VxyTLENP für die Längenskala der Turbulenz zeigt, wie die Längenskala stromabwärts zunimmt, während aber die turbulenten Energien selbst durch Dissipation abnehmen.

Jetzt kommen wir zur xz-Ebene und zeigen am Beispiel von Schnitten für den Absolutbetrag der Geschwindigkeit in Farbe, Trajekorien für die Strömung und Konturen für den Druck im Bild 20VxzUVWP1 , die horizontale, turbulente Energie im Bild 20VxzTHORP und die vertikale, turbulente Energie im Bild 20VxzTVERP noch hinter dem Vorflügel. Die wichtige Aussage dieser Bilder ist, dass der Vorflügel eine Grenzschicht aufbaut. Dies führt zu einer Reduktion der Anströmung der Tragfläche zumindest hinter dem Vorflügel. Im Vergleich dazu zeigt das vierte Bild, wie die ungestörte Strömung auf die Tragfläche trifft und diese über der Tragfläche zu einer Druckreduktion nach einem kurzen, aber heftigen Druckanstieg an der Profilnase. Nebenbei erkennt man auch, dass bei angestellter Tragfläche auf der Oberseite sich im hinteren Teil des Profils sich eine gewisse Strömungsschwäche ausbreitet, auf der Unterseite dagegen nicht. Dies hat u.a. zur Konsequenz, dass ein Querruder nach Unten ausgeschlagen mehr Wirkung zeigt als nach Oben. 

Nur der Vollständigkeit halber schließlich zwei vertikale Schnitte in der yz-Ebene entlang der Tragfläche im Bild 20VyzUVWP1 und knapp hinter der Tragfläche im Bild 20VyzUVWP2. Auch hier sieht man eine Reduktion der Strömung hinter dem Vorflügel im Vergleich zur ungestörten Anströmung der Tragfläche ausserhalb des Einflussbereichs des Vorflügels und zusätzlich den sich entwickelnden Wirbel hinter dem Randbogen der Tragflächen (Stichwort: induzierter Widerstand).

Zu den Konsequenzen kommen wir im Abschnitt Quintessenz.