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Winddruck
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Der Winddruck bezeichnet den entstehenden Druck oder die Kraft selbst, welche entstehen, wenn strömende Luft auf einen Gegenstand trifft. Umgekehrt tritt die gleiche Kraft an einem Gegenstand auf, der sich durch die ruhende Luft bewegt. Dies wird als Luftwiderstand bezeichnet (siehe auch Strömungswiderstand).
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Definition
Für Druck p und Kraft F parallel zur Wind- bzw. zur Strömungsrichtung gilt:
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): x = \frac {c_\mathrm{w}}{2} \cdot \rho \cdot v^2
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): F = x \cdot A = \frac {c_\mathrm{w}}{2} \cdot \rho \cdot v^2 \cdot A
- mit
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): A
= Projektionsfläche in m2
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): c_\mathrm{w}
= Luftwiderstandsbeiwert bzw. Strömungswiderstandskoeffizient
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): v
= Windgeschwindigkeit in m/s
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \rho
= Dichte der Luft in kg/m3
Materialwerte
Die Dichte der Luft bei mittlerem Druck auf Meereshöhe von 1013,25 hPa = 760 Torr (mmHg) ist:
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \rho = 1{,}293 \, \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}
(bei 0 °C)
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \rho = 1{,}204 \, \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}
(bei 20 °C)
| Form | cw-Wert |
|---|---|
| Kreisplatte | 1,11 |
| Quadratplatte | 1,10 |
| Halbkugelschale, konvexe Seite | 0,34 |
| Halbkugelschale, konkave Seite | 1,33 |
Weichen Luftdruck und Temperatur von diesen Werten ab, so müssen für genaue Berechnungen die zugehörigen Werte nach der Thermischen Zustandsgleichung eingegeben werden. Die Abweichungen die sich durch Variationen der geometrischen Form der Fläche für den des Luftwiderstandswert ergeben können sind jedoch demgegenüber so groß, dass unter irdischen Oberflächenbedingungen Temperatur und Luftdruck vernachlässigt bleiben können.
Beispiel
- Windgeschwindigkeit: 30 km/h (8,33 m/s) bei 20 °C und 760 mmHg;
- Gegenstand: quadratische Platte mit einer Fläche A von 1 m2;
Daraus ergibt sich eine Kraft F wie folgt:
- Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): F = \frac {1{,}1}{2} \cdot 1{,}204 \, \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3} \cdot 1~\mathrm{m}^2 \cdot 8{,}33^2 \, \frac{\mathrm{m}^2}{\mathrm{s}^2} = 45{,}9~\mathrm{N}
Beispieltabelle
Kraft bzw. Druck auf eine senkrecht angeströmte Fläche von 1 m2 mit cw = 1 bei verschiedenen Windstärkenwerten. Innerhalb jeder Stufe der Beaufortskala sind jeweils die oberen Windgeschwindigkeitswerte angegeben.
| Windstärke in Bft | Windgeschwindigkeit in m/s | Winddruck in N/m2 |
|---|---|---|
| 0 | 0,2 | 0,03 |
| bis 1 | 1,5 | 1,4 |
| bis 2 | 3,3 | 6,6 |
| bis 3 | 5,4 | 17,6 |
| bis 4 | 7,9 | 37,6 |
| bis 5 | 10,7 | 68,9 |
| bis 6 | 13,8 | 114,6 |
| bis 7 | 17,1 | 176 |
| bis 8 | 20,7 | 258 |
| bis 9 | 24,7 | 367 |
Literatur
- Götsch, Ernst - Luftfahrzeugtechnik, Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8
Siehe auch
Weblinks
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