Profil (Strömungslehre)

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 (Fluidum) 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, der Vortriebskraft an Schiffsschrauben 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 Verwendungszwecks bei der Konstruktion von Flugzeugen eingesetzt:

Geometrische Kategorien:

  • Symetrische Profile: Die Profile sind ihrer Längsache entlang spiegelsymetrisch.
  • Halbsymetrische 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 gweölbt wo hingegen die andere (i.d.R. untere) Seite einen grösseren konkaven Bereich aufweist.
  • S-Schlag Profile: Der hintere Teil des Profiles ist nach obengezogen, so dass die Profil-Skelettlinie am Profilaustritt leicht aufwärts grichtet 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 schallnahen Geschwindigkeitsbereich.
  • Überschall Profile: Hauptsächlich militärische Verwendung.

Profilpolare

Die Kräfte welche an einem Profil auftreten lassen sich in Auftrieb (Ca) und Widerstand (Cw) aufteilen. Das Drehmomomente um die Flügelachse wird als Cm0 bezeichnet. Diese Eigenschaften sowie der Anstellwinkel lassen sich in den 'Profilpolaren gegeneinander als Diagramm aufführen.

Entwicklung von Profilen

Datei:Flügelprofil.png
Flügelprofil

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.