Profil (Flügel)

Als Profil im Allgemeinen bezeichnet man in der Strömungslehre die Form des Querschnitts eines Körpers. Durch die spezifische Form und die Umströmung durch eine Flüssigkeit oder ein Gas entstehen an diesen Körpern angreifende Kräfte. Die Berechnung dieser Kräfte ist sehr komplex und basiert, stark vereinfacht, auf dem Gesetz von Bernoulli und der Reibung.

Speziell geformte Profile werden für die Erzeugung von aerodynamischen oder hydrodynamischen Kräften, beispielsweise der Auftriebskraft an Flügeln von Vögeln und Flugzeugen, dem Schub an Schiffspropellern oder zur Bewegung von Windenergieanlagen, verwendet.

Tragflächenprofil

Ein Tragflächenprofil bezeichnet die Form des Querschnittes der Tragfläche eines Flugzeugs. Die Profilform lässt sich Anhand bestimmter geometrischer und aerodynamischer Eigenschaften in verschiedene Kategorien einteilen. Diese werden je nach Verwendungszweck bei der Konstruktion von Flugzeugen eingesetzt:

Geometrische Kategorien:

• Symmetrische Profile: Die Profile sind entlang ihrer Längsachse spiegelsymmetrisch.
• Halbsymmetrische Profile: Die Profile sind ihrer Längsache ähnlich. Sie unterscheiden sich bei der Wölbung der Unter- und Oberseite.
• Keulen-Profile: Die eine (i. d. R. obere) Seite ist konvex gewölbt, wo hingegen die andere (i. d. R. untere) Seite einen größeren konkaven Bereich aufweist.
• S-Schlag Profile: Der hintere Teil des Profiles ist nach oben gezogen, so dass die Profil-Skelettlinie am Profilaustritt leicht aufwärts gerichtet ist.

Aerodynamische Kategorien:

• Low-ReProfile: Geeignet für niedrige Geschwindigkeiten werden sie vor allem bei langsamen Propellermaschinen und insbesondere an Modellflugzeugen eingesetzt.
• Laminar-Profile: Diese Profile haben eine lange, laminare Laufstrecke der Strömung und haben daher meist auch einen geringen Widerstand, sind jedoch auch empfindlicher auf Störungen in der Strömung. Sie finden hauptsächlich bei Segelflugzeugen und schnellen Motorflugzeugen Anwendung.
• Superkritische Profile: Verkehrsflugzeuge im schallgeschwindigkeitsnahen Geschwindigkeitsbereich.
• Überschall-Profile: Hauptsächlich militärische Verwendung.

Profilpolare

Die Kräfte, welche an einem Profil auftreten, lassen sich in Auftrieb (A) und Luftwiderstand (W) aufteilen. Das Drehmoment um die Flügelachse wird als M bezeichnet. Diese Eigenschaften sowie der Anstellwinkel lassen sich in den Profilpolaren gegeneinander als Diagramm aufführen. Es ist aber üblich, statt mit diesen Kräften und Momenten mit den dimensionslosen Beiwerten Ca, Cw und Cm zu arbeitet. Das bedeutet, man bezieht die Kräfte auf den Staudruck q und die Flügelfläche S und kann so mit Werten rechnen, die unabhängig von Fluggeschwindigkeit und Größe des Flügels sind.

<math>Cm_0</math> ist der Nullmomentenbeiwert, d. h. er stellt das Moment des Flügels bei Ca=0, also bei null Auftrieb dar. Cm wird mit zunehmendem Anstellwinkel üblicherweise größer.

Entwicklung von Profilen

Bei der Entwicklung von Profilen – beispielsweise für Flugzeuge – steht in der Regel die Maximierung des Verhältnisses von Auftrieb und Luftwiderstand im Vordergrund, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen. Andere Anforderungen sind „gutmütiges“ Verhalten bei hohen Anstellwinkeln (Abreißverhalten) oder Dynamik (verwertbare Spanne des Auftriebs).

Weitere Anwendungen

Das Funktionsprinzip der Profilform eines Flügels finden wir auch bei einem Rotorblatt, das antreibend Propeller, und angetrieben Repeller genannt wird.

Weblinks

• UIUC Airfoil Data Site
• X-Foil – Programm zur Berechnung der Eigenschaften von Unterschall-Profilen

Hinweis

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Profil (Flügel) aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.