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| Sonstiges | A plane is standing on a runway that can move |
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Dürfte ich nochmals auf die Diskussion zurückkommen. Es gab viele verwirrende Erklärungen/Lösungsansätze. Mein Nachbar der Physiklehrer sagt das Flugzeug fliegt.
Annahme:
Start auf einem Rollband. "A plane is standing on a runway that can move (some sort of band conveyer). The plane moves in one direction, while the conveyer moves in the opposite direction. This conveyer has a control system that tracks the plane speed and tunes the speed of the conveyer to be exactly the same (but in the opposite direction). Can the plane take off?"
Mein Verständnis war zunächst folgendermaßen: Ein Rollschuhläufer steht auf einem riesigen Laufband ähnlich einer Runway. Er hat einen Everglades Motor umgeschnallt. Er fährt an, dass Laufband nimmt die selbe Geschwindigkeit des Vortriebes an. Der Rollschuhläufer bleibt für einen Betrachter, der auf selber Höhe sitzt stehen. Jetzt hat er noch Tragflächen angeschnallt. Seine Rollen haben zwar eine Speed von 200 km/h, das Laufband ebenso. Er steht immer noch an derselben Stelle, wie jemand im Fitnessstudio auf dem Laufband.
Nun ist es wohl so, dass er abhebt, wenn der Rollwiderstand überwunden werden kann, da der Propeller ihn nach vorne zieht, egal ob er am Boden steht oder in der Luft ist. Gedankenfehler?
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kein gedankenfehler....relativ zu WAS gewegt sich denn das flugzeug??? in der umgebenden luft???
neee...
mfg
ingo fuhrmeister
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Ja. Der Gedankenfehler
kommt daher, daß die Rollen oder Räder nicht angetrieben sind. Vortrieb kommt vom Propeller, dem es völlig egal
ist, wie schnell sich die Räder drehen (vom Rollwiderstand abgesehen).
Gerd
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Gibt's auch als Film Mythbusters . Es besteht überhaupt keinen
Zweifel, daß ein Flugzeug abhebt.
Gerd
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Doch, gibt es: Solange das Flugzeug durch den Propeller schneller beschleunigen kann, als es durch die Reibung der Räder auf dem Laufband etc. abgebremst wird, nur dann hebt es ab.
Bei Thomas ist das Flugzeug jedoch immer nur genauso schnell in Richtung X wie sich das Laufband in Richtung - X bewegt, da passiert doch dann gar nichts ( ausser, dass die Radlager irgendwann heiss werden;-) )
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Ja stimmt, in
beiden Fällen. Wenn sich, das Flugzeug
in Relation zum Boden (d.h. nicht zum Laufband) nicht bewegt, hebt es natürlich
nicht ab. Wie richtig beschrieben,
entspricht dann der Vortrieb genau dem Rollwiderstand.
Gerd
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Das ist für mich lediglich Definitionssache:
Wenn "er anfährt" heißt das, er bewegt sich relativ zur Erdoberfläche, sonst würden sich nur die Räder drehen und er keinerlei Bewegung erfahren.
Ich ging immer davon aus, dass die Reibung vernachlässigt wird. Sie so gross anzunehmen , dass das Flugzeug nicht weiter beschleunigen kann würde ja auch einen normalen Start auf einer Piste verunmöglichen...
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Erklärung
So wie die Frage im ersten posting gestellt ist hebt es ab.
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Hier die Erklärung eines befreundeten Ingenieurs, eines Fahrzeugherstellers aus Bayern:
Man kann die Bewegungsgleichung eines Autos her nehmen:
Nur, dass beim Flugzeug ein gewünschter Abtrieb des Autos (geht als Normalkraft in den Rollwiderstand ein) eher ein Auftrieb ist und sich am Ende zu größer als die Schwerkraft steigert, so dass der Rollwiderstand zu wird aber dafür eine „Steigung“ zu überwinden ist (=Abheben, Steigflug)
1. Ohne Laufband, realer Runway: Der Antrieb (irgendwas, das in die Luft wirkt …also Propeller, Düse etc.) muss 2 Widerstände überwinden beim Rollen: Rollwiderstand und Luftwiderstand. Ist der Antrieb größer als diese 2 Widerstände, rollt das Fahrzeug los und überwindet seine träge Masse, was zu einer Beschleunigung abhängig vom Leistungsüberschuss führt. Mit steigender Geschwindigkeit, nehmen Luftwiderstand zu, Rollwiderstand ab (wegen des Auftriebs), beim Abheben ist Rollwiderstand 0 und es kommt die Steigung dazu, was die Beschleunigung horizontal nicht mehr so stark steigen lässt (abhängig von Steigwinkel und Leistungsüberschuss und Luftdichte und Flugzeugmasse).
2. Auf dem Laufband unter Annahme zum außen stehenden Betrachter bleibt das Flugzeug stehen: Antrieb, der in Luft arbeitet. Wenn der es lediglich schafft, den Rollwiderstand zu überwinden (denn nichts anderes passiert in dem skizzierten Fall mit dem Rollschuhläufer), dann ist das ein lächerlicher Antrieb, der NIE NIE NIEEEEE ein Flugzeug starten könnte. Umkehrschluss dazu: Ein realer Antrieb würde immer auch zu einem zusätzlichen Vortrieb führen. Gedankenfehler: Der skizzierte Fall kann gar nicht eintreten. Denn wenn das Flugzeug gegenüber außen stehendem Betrachter steht, gibt es weder einen Luftwiderstand (wir gehen mal nicht von Gegenwind aus, sondern Luft steht relativ zum äußeren Betrachter und damit auch zum Flugzeug), noch eine Beschleunigung (Bewegung relativ zum Laufband ist KEINE Beschleunigung). Es muss nur der Widerstand der Rollen am Laufband überwunden werden (plus die Reibungsverluste in den Lagern) und der ist eher mickrig. In so einem Fall hebt ein Flugzeug natürlich auch nie ab, wo kein Windwiderstand, da kein Auftrieb, da kein Abheben, da konstanter Rollwiderstand bei konstanter Laufbandgeschwindigkeit.
3. Realer Fall: Auf dem Laufband, aber Flugzeug bewegt sich durch Leistungsüberschuss relativ zum äußeren Betrachter auch vorwärts: Es ändert sich nichts zu Fall unter 1, außer dass der Rollwiderstand als Funktion der Laufbandgeschwindigkeit bei gegebener Rollwiderstandsbeiwert der Reifen und Lagerverlust-Kurve größer wird. Das ist aber eher eine kleine Zunahme der Fahrwiderstände, wenn das Laufband nicht grad mit 1000km/h läuft. Also Flugzeug bewegt sich, Luftwiderstand wächst, Auftrieb wächst, Rollwiderstand nimmt ab (Einfluss des Laufbandes sinkt auch wieder ab, Abheben interessiert das Laufband eh nicht mehr). Also, Flugzeug hebt ab …aber eben nur, wenn es sich relativ zum Betrachter (und der Luft) auch bewegt ….und das wird es tun mit einem zum Flugzeug passenden in die Luft arbeitenden Antrieb.
An der Stelle wird auch klar, warum ein Antrieb, der auf die Räder wirkt, ein Flugzeug nie starten lassen kann auf einer Ebene. Weil die übertragbare Leistung nämlich in dem Maße abnimmt, wie der Auftrieb zunimmt und ab Abheben 0 ist …Steigflug also unmöglich.
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Letzteres ist Unsinn. Du kannst ein Flugzeug mit symmetrischem Profil und negativem Anstellwinkel über Radantrieb weit über eine notwenige Abhebegeschwindigkeit hinaus beschleunigen. Dann ziehst Du am Höhenruder - fliegt. Aus diesem Grund bremst man zB eine Extra sehr effektiv in Zweipunktlage mit leichtem negativen Anstellwinkel. Man braucht allerdings ein wenig Übung, sonst braucht man schnell einen neuen Prop und andere Kleinteile.
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Sowie im letzten Thread mit dem Unfall im EDTU, so auch hier bleibe auf meine Meinung, dass das Flugzeug nicht fliegen kann. Außer ist mein englisch so schlecht, dass ich den Text nicht verstanden habe. Es war nicht die rede nach 2facher rollspeed oder Überwindung des Rollwiderstandes etc. Es gibt sogar eine steurung (Controller) welche die Speed am Förderband in die andere Richtung exakt anpasst.
Also für den Betrachter das Flugzeug steht.
Bin (noch) lernfähig und Lust dazu habe auch, aber bis ich es gesehen (real) oder ausprobiert habe, bleibe dran.
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"Mit steigender Geschwindigkeit, nehmen Luftwiderstand zu, Rollwiderstand ab (wegen des Auftriebs)"
Das muss nicht unbedingt stimmen weil es durchaus Konfigurationen gibt bei denen der Auftrieb erst nach Rotieren nennenswert anliegt (die meisten Jets zum Beispiel, mit Null Grad pitch hebt der Airbus nicht mal mit 500kts ab).
In diesem Fall würde der Rollwiderstand bis zur Rotation mit steigender Geschwindigkeit zunehmen, der Luftwiderstand ebenfalls, der Auftrieb aber kaum.
Das Beispiel von Lutz mit der aerodynamischen Bremse durch negativen Anstellwinkel geht ja auch in diese Richtung: Durch höhere Geschwindigkeit würde lediglich der Widerstand erhöht und der Abtrieb verstärkt.
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Moin,
"Es gibt sogar eine steurung (Controller) welche die Speed am Förderband in die andere Richtung exakt anpasst."
aber genau das geht nicht.
Noch einmal:
Außer beim Autoschleppstart wird ein Flugzeug dadurch beschleunigt, dass das/die Triebwerk/e Luft beschleunigen und daurch eine Gegenkraft entsteht, die das Flugzeug beschleunigt.
Wie und ob sich der Boden dabei bewegt, spielt überhaupt keine Rolle. Das ist in dem englischen Text von Markus auch sehr schön ausgeführt:
Bei allen Beispielen sei Windstille angenommen, um es nicht noch komplizierter zu machen.
Nehmen wir an, ich bin Pilot in einem Flugzeug auf so einem Rollband. Ich gebe etwas Gas (nicht mein Schleppauto oder so!), so dass sich das Flugzeug in Bewegung setzt. Sagen wir einmal, mit 5kts. Das heißt, die Triebwerke beschleunigen gerade soviel Luft nach hinten, dass die resultierende Kraft und mein Widerstand bei 5kts sich aufheben. IAS ist 5kts, GS relativ zum Rollband 5kts, GS relativ zur Umgebung auch 5kts.
Jetzt wird das Rollband angestellt und bewegt sich mit 5kts entgegen meiner Rollrichtung. Wird mein Flugzeug dadurch abgebremst (gegenüber der Umgebung)? Nein, wieso sollte es.
Was passiert mit den Geschwindigkeiten? IAS bleibt bei 5kts, da es den Triebwerken völlig egal ist, ob sich der Boden bewegt oder nicht. Sie beschleunigen immer noch soviel Luft nach hinten, dass die resultierende Kraft und mein Widerstand bei 5kts Airspeed sich aufheben. GS gegenüber der Umgebung ist immer noch 5kts, gegenüber dem Rollband aber 10kts.
Der Steuerer des Rollbandes kann mein Flugzeug nicht dadurch zum Stillstand bringen, dass er das Rollband beschleunigt, da sich meine Triebwerke sozusagen an der Luft "abdrücken" und nicht am Boden, wie es ein Auto mit Radantrieb täte.
Den Rollwiderstand kann man vernachlässigen, der steigt, sofern die Lager und Reifen nicht extrem heiß werden, mit der Geschwindigkeit nicht wesentlich an, bliebe in der reinen Theorie sogar völlig unabhängig von der Geschwindigkeit konstant (außer, die Reifen platzen).
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