[HappyMike34]

So jetzt habe ich auch mal ein kleines physikalisches Problem, bei dem ich irgendwie auf dem Schlauch stehe.

Wie berechnet man die Leistung, die notwendig ist um ein Fluggerät schwebend in der Luft zu behalten?

Die mechanische Arbeit die verrichtet wird, ist ja nach W = F*s = m*g*h = 0, weil ja kein Weg zurückgelegt wird!?

Das ganze muss irgendwie über die Erdbeschleunigung g und die Masse m berechnet werden, aber irgendwie komme ich nicht drauf.

Hat jemand eine Idee?

(Ich weiß, bei Hubschraubern ist das ganze sehr kompliziert auszurechnen, ich brauche nur den prinzipiellen Ansatz)

[Schmitz-Karl1991]

Puh also dafür brauchst du eine Menge an Daten. Wie du schon richtig gesagt hast ist delta s gleich null wodurch auch keine arbeit bzw leistung erbracht wird hier sind mal einige Formeln die gebraucht werden:

F= m * g
W= F*s
P(Leistung)= W/t
P(Impuls)= m*v
Drehimpuls L = r x p
Drehmoment M= r x F
w(omega)= winkelgeschwindigkeit
leistung P (drehbewegung)= M * w
rotationsenergie 0,5* trägheitsmoment * w*w
Dichte der Luft
Geschwindigkeit v der Luft die durch den rotor nach unten verdrängt wird
Masse der Rotorblätter plus Massenschwerpunkt
ganz wichtig Wirkungsgrad vom Helikopter

Also wie du schon siehst ist es extrem kompliziert und ohne weitere Daten ist nur eine grobe schätzung möglich rechnerich kann man es trotzdem lösen man betrachtet nicht mehr den weg des gesammten helikopters sondern nur noch die Rotationsbewegung der rotoren und die damit verbundene überwindung der schwerkraft. Dies geschieht in dem man sich zunächst die energie betrachtet die nötig ist um den rotor mit reibung und luftwiderstand auf konstanter geschwindigkeit zu halten. die geschwindigkeit der nach unten verdrängten luft bzw deren Beschleunigung kann miteinander multipliziert werden um somit die Kraft zu berechnen F= m*a diese kraft muss gleich der kraft sein die den hubschrauber in richtung erde drückt . zu berücksichtigen ist hier auch das nicht über ie komplette fläche des rotors die luft nach unten verdrängt werden da der hubschrauber ja selbst ein hinderniss für die luft ist ( Wirkungsgrad rotor fläche rotor minus fläche hubschrauber ) somit kannst du die höhendifferenz eliminieren und durch die winkelgeschwindigkeit des rotors ersetzen. aber dies konkret auszurechnen ist fast ein Ding der unmöglichkeit. Ich hoffe ich konnte dir trotzdem ein wenig helfen

[aleos]

Ist das Fluggerät konkret ein Hubschrauber oder könnte es auch ein Satellit sein?

[sebenski]

Karls Ansatz erscheint mir zu kompliziert!

Die Aufgabe klingt für mich nach Impulssatz (Passt das thematisch zu deinem Vorlesungsstoff?). Also erstmal ein Kontrollvolumen drum herum, Impulssatz aufstellen, nach Körperkraft auflösen und von dort weiter. Mehr fällt mir dazu auch erstmal nicht ein, Strömungslehre ist (zum Glück) schon eine Weile her.

Die Grundidee wird auf diesem Arbeitsblatt angerissen (Integrale Form):

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[HappyMike34]

Danke Karl, das Prinzip scheint in dem Buch von Walter Bittner, Flugmechanik der Hubschrauber ja ausführlich beschrieben zu sein.

Aber mich interessiert eigentlich ganz allgemein die Leistung, die ein Fluggerät dazu aufbringen muss um der Erdbeschleunigung so entgegen zu wirken, dass sich die Höhe nicht ändert. Das muss doch mit den allgemeinen Bewegungsgleichungen zu lösen sein!?

@sebenski: Mit dem Impulssatz könnte das vielleicht funktionieren, wenn man z.B. ein Raketentriebwerk betrachtet, das einen konstanten Schub von F = mg nach oben erzeugt.

[sebenski]

Du hast aber schon gesehen, dass das Arbeitsblatt den Impulssatz für strömende Fluide thematisiert. Das geht über das einfache p=mv ein bisschen hinaus. Ich kann mich erinnern, dass Hubschrauber in diesem Kontext (und der Kontinuitätsgleichung) des öfteren in unseren Aufgaben auftauchten. Aber lang lang ists her...

PS: [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ] Hier findest du einen Auszug aus einem alten S*****, in dem alles Wesentliche zum Schwebeflug stehen sollte...

[Schmitz-Karl1991]

Mit der allgemeinen bewegungsgleichung ist das nicht zu lösen da macht es keinen unterschied ob der hubschrauber von selber die höhe hält oder ob er an einem seil hängt. das seil leistet ja auch keine arbeit und der hubschrauber schwebt trotzdem

[HappyMike34]

OK, ich habe heute nochmal mit einem Physiker über das Problem diskutiert und offensichtlich ist die Problemstellung falsch formuliert.

Die Leistung, die ein "Hubschrauber" oder irgend ein Mechanismus liefern muss sind Verluste, die zur Erzeugung einer konstanten Kraft aufgewendet werden müssen.

Da bei konstanter Höhe im Schwerefeld keine Arbeit verrichtet wird, ist logischerweise auch die Leistung gleich null.

[aleos]

Ich hab mir schon so etwas gedacht, war bei mir aber nicht sicher.
Danke für die Auflösung.