Table Of ContentARBEITSGEMEINSCHAFT FOR FORSCHUNG
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
61. Sitzung
am 11. April 1956
in Dusseldorf
ARBEITSGEMEINSCHAFf FOR FORSCHUNG
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
HEFT 53
Walter Georgii
Aerophysikalische Flugforschung
Klaus Oswatitsch
Geloste und ungeloste Probleme der Gasdynamik
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH
ISBN 978-3-663-00382-3 ISBN 978-3-663-02295-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-02295-4
© 1 9 5 7 Springer Faehmedien Wiesbaden
U"prUnglieh e"ehienen bei W estdeu tse he r Ve rl a g, Ko In u nd O p la de n 1957
INHALT
Professor Dr.-Ing. e. h. Walter Georgii, Miinchen
Aerophysikalische Flugforschung 7
Diskussionsbeitrage
von Prof. Dr. F. Schroter, Staatssekretar Prof. Dr.
h.c. L.Brandt, Generala.D. W.Martini, Prof. Dr.-Ing.
e. h. W. Georgii, Dr. B. Miiller, Ministerialrat Dipl.-Ing.
H. Speicher, Oberreg.-Rat Dr. H. Diehl, Dr. H. W.
Hahnemann, Prof. Dr. B. Helferich . 35
Professor Dr. phil. Klaus Oswatitsch, Aachen
Geloste und ungeloste Probleme der Gasdynarnik . 45
Diskussions beitrage
von Prof. Dr.-Ing. F. Seewald, Ministerialrat Dipl.-Ing.
H. Speicher, Staatssekretar Prof. Dr. h. c. L. Brandt,
Prof. Dr. K. Oswatitsch, Prof. Dr.-Ing. A. W. Quick 61
Aerophysikalische Flugforschung
Professor Dr. log. e. h. Walter Georgii, Munchen
Die synoptische Meteorologie bedient sich zur Ableitung einer drei
dimensionalen Wetteranalyse im wesentlichen der Radiosonde. Radio
sondenaufstiege geben schnell einen Dberblick des thermodynamischen Zu
standes der Atmosphiire und der herrschenden Luftstromung bis in Hohe
der Stratosphare. Sie liefem so die Unterlagen, welche fur die allgemeine
Wetterbeurteilung und die Wetterberatung des Luftverkehrs benotigt
werden.
Fur die Physik der Atmosphare, die Wolkenphysik oder die Struktur der
Luftstromungen genugen Radiosondenaufstiege nicht. Fur die aerophysi
kalische Erforschung der Atmosphare muB das Flugzeug als MeBtrager,
mit dem Wissenschafter als Beobachter, eingesetzt werden, urn im freien
Luftraum, ahnlich wie im Laboratorium, experimentieren zu konnen.
Verfasser hatte in Argentinien 4 Jahre Gelegenheit in einem viermotorigen
Flugzeug bis zu Hohen von 8,0 km zahlreiche aerophysikalische Versuchs
fluge durchzufuhren. Sie haben dem Studium der solaren Strahlungs
intensitat in groBeren Hohen, der Phasenubergange des Wassers in Wolken
und der Vertikalgeschwindigkeiten der Luft, insbesondere der Leewellen
stromung der Kordillere gegolten.
Auf diesen Erfahrungen aufbauend werden nunmehr im Institut fur
Flugforschung des Verfassers diese aerophysikalischen Forschungsfluge in
Deutschland fortgesetzt. Als vordringliche Probleme werden zur Zeit der
Wassergehalt in Wolken im Interesse der Flugzeugvereisung und die Hohen
strahlstromung in Hinblick auf den kommenden Luftverkehr mit Dusen
flugzeugen untersucht.
1. Sichtmessung und Ableitung des Wassergehaltes in Wolken
Sicht, TropfengroBe und Wassergehalt in Wolken sind durch die Formel
von W. Trabert miteinander verbunden:
8 Walter Georgii
6r
S=-,
W
r = Tropfenradius [!-L], S = Sicht [m], W = Wassergehalt [gr/m3].
Diese Formel ist fur aufliegende Wolken im Gebirge abgeleitet worden,
doch gilt der in diesen Wolken gemessene Wassergehalt nicht fur die freie
Atmosphare. Zur Sichtbestimmung in der freien Atmosphare mit Flugzeug
verwendet man zweckmaBig die Selenzelle, wobei die Schwachung des
Photostroms beim Obergang von der freien Atmosphare in die Wolke ein
MaB der Wolkensicht bildet, und zwar nach folgenden Beziehungen:
A = Aoe-as.
Ao = Intensitat im freien Luftraum, A = Intensitat des Photostroms in
der Wolke, a = Abs~rptionskoeffizient der Luft, s = Lange der MeB
strecke.
Nach H. Koschmieder ist:
3·9
S=-,
a
Aus beiden Beziehungen folgt fur die Wolkensicht:
11 . 8
S=---,
log~
wenn der Abstand s zwischen Scheinwerfer und Se1enzelle auf der Trag
flache des Flugzeuges 7,0 m betragt.
Als Beispiel eioer Wolkensichtmessung wird der Flug vom 18. XI. 1955
angegeben:
Hornberg: Start 11 Uhr 05 - Landung 11 Uhr 35.
Bewolkung: 6/8 Strcu, Wind: E 6 mis, Temperatur: - 2° Celsius.
Sichtmessung in Hohenschicht 1390 m. Klarsicht: Galvanometer Io = 75
Ao = 75 = 1.15 S = 11.8 = 193 m
A 65 ' log 1.15 '
Ao 75 11.8
- = - = 1.50, S = = 67 m
A 50 log 1.50
Fur die Bestimmung des Wassergehaltes in Wolken nach der Trabertschen
Formel ist noch die Ableitung des Tropfenradius in der Wolke erforderlich.
Hierfur eignet sich die mikrophotographische Methode im Flugzeug.
Auf einem mit Zaponlack bestrichenen Glasplattchen werden Wolken
tropfen aufgefangen, bei 800facher VergroBerung photographiert und
Aerophysikalisehe Flugforsehung 9
Abb. 1. TropfengroBe einer inhomogenen Wolke
GroBe Tropfen r = 1,2.10-4 em
Kleine Tropfen r = 0,4· 10-4 em
nachtraglich ausgemessen. Aus TropfengroBe und Sicht liefert die Formel
von Trabert den Wassergehalt der Wolke (Abb. 1).
Zur Kontrolle kann man die TropfengroBe auch auf optischem Weg be
stimmen durch Messung des Winkelradius des Beugungsringes, welch en
Tropfchen im auftreffenden Licht bilden.
Der Wassergehalt konnte auch unmittelbar durch ein Absorptionsver
fahren und Wagung bestimmt werden, wobei von der festgestellten Ge
wichtszunahme eines bestimmten Luftvolumens die absolute Feuchte abzu
ziehen ist.
Messungen des National Advisory Committee for Aeronautics i..iber
Tropfchenbahnen, benetzte Tragfli..igelflache und Betrag des auf der Flache
niedergeschlagenen Wassers haben die in Abb. 2 dargestellten Kurven er
geben. Sie erlauben den Eisansatz zu berechnen, der sich in der Zeiteinheit
bei bestimmter TropfengroBe und bestimmtem Wassergehalt an der Trag
flache des Flugzeuges niederschlagt.
10 Walter Georgii
Tropfen vom Durehmesser d = 10-4 em gleiten langs des Flugels ent
lang, ohne die Flugeloberflache zu beaufsehlagen. Sie rufen deshalb keine
Vereisung hervor. Bei Tropfen vom Durehmesser d > 15. 10-4 kann der
EinfluB der Fluggesehwindigkeit auf den Eisansatz fUr Werte > 300 km/h
vernaehlassigt werden.
Ein Beispiel des Eisansatzes am Tragflugel bei einem Tropfendureh
messer = 15. 10-4 em ist der Abbildung 2 beigegeben.
Wassergehalt W= I,o grim'
6
,,/'
5
/'
V
/ V
~/
3
V
F. /
2 / ./
I'
~.
// ./
Y
~
o
Tr.: 5 10 15 20 25 30-10·' cm
Flache (%) und Betrag (kg/min)
der Wosserbenetzung
Beispiel: Flugzeug: F=13·2,6=34m', v=300 km/h
Tropfen9roBe: 15 ·IO·'cm
Wossergehalt: 0,8 grim'
Vereisung: ... I kg/min
Abb. 2. Benetzte Tragfhigel£likhe (F in %) und Betrag des niedergeschlagenen
Wassers (B) in Abhangigkeit von der Tropfengrofie.
Wassergehalt W = 1,0 gr/kg
Messungen des Wassergehaltes in Wolken sind gegenwartig noeh er
wiinseht, weil die bisher vorliegenden Ergebnisse sich in der Hauptsaehe
auf Sehiehtwolken beziehen und nur wenige Messungen von Cumulus
wolken vorliegen.
Aueh fur andere aerophysikalisehe Probleme ist die Bestimmung von
TropfengroBe und Wassergehalt von Interesse. Es kann in dies em Zu
sammenhang auf Flugversuehe zur kunstliehen Auflosung von Wolken
Aerophysikalischc Flugforschung 11
hingewiesen werden. Derartige Experimente hat Verfasser in Argentinien
durchgefuhrt und durch Anwendung von fester Kohlensaure die voH
standige Auflosung einer Wolke in 6,5 km Hohe bei Temperaturen von
- 13° Celsius erzielt.
Die Durchfuhrung ahnlicher Versuche, beispielsweise der kunstlichen
Auflosung winterlicher Hochnebeldecken, durfte zur PrUfung ihrer prak
tischen Bedeutung auch gegenwartig noch wertvoH sein.
2. Prob/eme der Hiihenstrah/stro'mung
Ais weiteres aerophysikalisches Problem muB heute die Erforschung
der Hohenstrahlstromung oder des sogenannten Jet-Streams zur Vorbe
reitung des kunftigen Luftverkehrs mit Dusenflugzeugen als vordringlich
angesehen werden.
rnb
100
SW
SW
~SW
"-.-.
SW SW
-- SW
SW _---- SW SW
....--
..... SW
500
Me13ort:
SW,, .-.pSW Emden
Wiesbaden
Munchen
800
20 40 60 100 40 60 80 200 260 V km/h
Abb.3. SW-Hohenstrahlstromung am 10. XII. 1954
Als aerophysikalische Forschungsaufgabe umfaBt dieses Problem vor
aHem die Erforschung der Turbulenz der Strahlstromung, ihrer Struktur,
Intensitat und ihrer ortlichen Beeinflussung durch die Konfiguration der
