Flugzeug auf Laufband [an anderer stelle heftigst diskutiert

Gast

wer weiss die lösung und kann sie auch entsprechend belegen ?

Frage:

Ein Flugzeug steht auf einem 3000 Meter langen Laufband, so groß und breit wie eine Startbahn.

Eine Geschwindigkeits-Steuerung setzt das Laufband automatisch in Bewegung sobald die Räder des Flugzeugs anfangen zu drehen. Und zwar mit der gleichen Geschwindigkeit, nur in die entgegengesetzte Richtung.

Das Flugzeug versucht zu starten. Was passiert? Wird es abheben?

greets chris

mattz88 · Anmeldungsdatum: 19.06.2005 Beiträge: 36

Hi!!!
Du solltest dir folgende Fragen stellen:
Warum hebt ein Flugzeug ab???
Was ist die Grundbedingung dafür???
Was für eine Geschwindigkeit hat das Flugzeug auf dem Laufband???
Ist dann die Grundbedingung erfüllt???

Damit solltest du eigentlich auf die Lösung kommen.

Für weitere Fragen steh ich gern zur Verfügung!!!

Gruß,

mattze

Dieter5858 · Moderator Anmeldungsdatum: 02.08.2004 Beiträge: 696 Wohnort: Hamburg

Hi
Ich kann dir noch den Tipp geben das die
Radgeschwindigkeit nix mit dem abheben des Flugzeuges zu tun hat.

Also wie gesagt wenn fragen sind einfach reinschrein

chrischo · Anmeldungsdatum: 22.01.2006 Beiträge: 5 Wohnort: 59846

vielen dank für eure abtworten,

die these einiger war halt der umstand das sich das flugzeug nicht bewegen wird da das laufband immer exakt der geschwindigkeit des flugzeuges entgegenwirkt.
viele andere sind der meinung das flugzeug wird abheben was sich mit dieters aussage deckt da die reifen nur dazu da sind das flugzeug zu stabilisieren und die bewegungsenergie welche zum start eines flugzeuges benötigt wird (auftrieb) durch ein triebwerk realisiert wird.
Das laufband würde irgendwann gegen unendlich drehen da es ja immer versucht gegen die fortbewegung des flugzeuges zu arbeiten. (rückkopplung?)
Ich würde aber nun gerne von den "wissenden" wissen wie es sich wirklich verhält und wie dieses schlüssig belegt werden kann.

grüssle

chris

Gast

Die einzige Kopplung zwischen Flugzeug und Boden ist die Rollreibung. Die Reibungskraft ist fast unabhängig von der Geschwindigkeit, sie nimmt eher mit wachsender Geschwindigkeit noch etwas ab.

Das Band soll die gleiche Geschwindigkeit haben wie das Flugzeug, nur in der entgegengesetzten Richtung. Dadurch entsteht eine Luftströmung am Boden, die die relative Geschwindigkeit des Flugzeugs zur Luft noch vergrößert, wenn auch nur wenig. Dadurch kann es früher abheben als ohne Band, weil der nötige Auftrieb von der Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zur umgebenden Luft bestimmt wird. Aus diesem Grund starten Flugzeuge gegen den Wind.

Insgesamt unterstützt also das Band eher den Start als ihn zu behindern.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hallo,

laut Aufgabenstellung schafft es das Laufband, immer so schnell zu laufen, wie die Räder des Flugzeuges sich drehen.

Technisch betrachtet heißt das, der Antrieb des Laufbandes schafft es doch tatsächlich, das Laufband genauso schnell zu beschleunigen wie die Turbine des Flugzeugs die Flugzeugräder.

Das Laufband erzeugt also allen Ernstes eine Gegenkraft zur Schubkraft der Turbinen, die über die Rollreibungskraft auf das Flugzeug übertragen wird.

So ein Laufband hätte ich auch mal gern. Und die armen Reifen, die das aushalten sollen!

Aber weil der Aufgabensteller das so sagt, schafft das das Laufband auch.
Und damit bewegt sich das Flugzeug nicht, damit hat es auch keine Auftriebskraft, und es bleibt am Boden.

Lieber Gast (5:43 pm), daran, dass das Laufband am Boden heftig Wind macht, hat der Aufgabensteller bestimmt nicht gedacht. Gute Idee!
Ich meine aber, dass weil dieser Wind unter dem Flugzeug schneller strömt als über dem Flugzeug (weil er ja am Boden erzeugt wird), es gut denkbar und sogar wahrscheinlich ist, dass durch diesen Effekt das Flugzeug sogar eher noch zusätzlich auf den Boden gedrückt wird.

Viele Grüße, dermarkus

chrischo · Anmeldungsdatum: 22.01.2006 Beiträge: 5 Wohnort: 59846

bewegt sich das flugzeug nicht relativ zur luft ? ist es in diesem falle nicht egal wie schnell sich das laufband in entgegengesetzer richtung zum flugzeug bewegt ?
selbst wenn sich das laufband relativ gesehen schneller bewegt als der düsenantrieb das flugzeug nach vorne bewegt sollte das flugzeug trotzdem abheben können da der längstbeschleunigung doch mittels einer düse realisiert wird und das fahrwerk nur dazu dient das flugzeug am boden zu stabilisieren oder ?

hat noch jemand eine idee ??

grüssle

chris

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Falls er denn doch funktionieren sollte, bei einem solchen bodenwind-getragenen Start möchte ich nicht im Flugzeug sitzen. Wenn dann das Flugzeug ein paar Meter steigt, dann hat es da keinen Bodenwind mehr, ist aber noch nicht schnell genug und stürzt ab wie ein Stein. traurig

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Vielleicht noch ergänzend, um die Aufgabe ganz zu lösen:

Was passiert ?

Das Flugzeug hebt nicht ab.

Die Räder oder die Radlager lösen sich in Qualm auf, oder der Antriebsmotor des geregelten Laufbandes verabschiedet sich mit einem Knall.

chrischo · Anmeldungsdatum: 22.01.2006 Beiträge: 5 Wohnort: 59846

wenn ich aber das flugzeug festhalte (bin auch superman) wird das laufband keinen einfluss mehr haben auf die bewegung des flugzeuges.
wenn ich nun das flugzeug nach vorne drücke bewegt es sich nach vorn, egal wie schnell sich das laufband entgegen bewegt oder ? *grübel
nichts anderes macht doch der düsenantrieb egal wie schnell sich das laufband bewegt der impuls des düsenantriebes bewegt das flugzeug nach vorne und es wird starten denke ich.

ist meine denkweise falsch ?

gruss

chris

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

chrischo · Anmeldungsdatum: 22.01.2006 Beiträge: 5 Wohnort: 59846

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Doch (du bremst ja auch mit den Rädern, nur dass da die Reibung in den Radlagern durch die Bremsen stark vergrößert wird.)

Der Boden (hier das Laufband) reibt an den Rädern. die Räder reiben an ihren Radlagern. Und die Radlager sind fest mit dem Flugzeug verbunden.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Noch genauer als "der Boden reibt an den Rädern" ist strenggenommen: Der Boden haftet an den Rädern.

Denn während die Räder rollen und die Rollbedingung

erfüllen, rutschen sie ja gar nicht am Boden.

Und wenn die Radlager gut geschmiert sind (also gut gleitende Verbindung zwischen Radachse und Rad), erfolgt auch hier hauptsächlich Kraftübertrag und nur nebenbei Freisetzung von Reibungsenergie.

Gast

Die Sache mit dem Gegenwind bringt also eher nichts, und die Reifen
müssen die doppelte Drehzahl der Räder verglichen mit dem Normalstart
vertragen können. Wegen P = Fr*v wird dem Antrieb die doppelte Leistung
entnommen, was aber über alles gesehen doch sehr, sehr wenig ist.

Können die Räder den doppelten speed nicht ab,
dann gibt es ernsthafte Startprobleme..

Gast

Jetzt noch anzunehmen die Räder hätten eine Drehzahlhöchstgrenze ist doch makaber, ein wenig High-Tech muss schon sein bei so ner abstrusen Konstruktion.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hallo zusammen,

bei näherer Betrachtung haben sowohl Befürworter als auch Gegner der These "Das Flugzeug hebt nicht ab" recht. Und ich verstehe nun, warum über diese Aufgabe schon an anderer Stelle lang und ausgiebig diskutiert worden sein soll.

1.) Dem Aufgabensteller unterstelle ich, dass er versucht hat, mit dem Laufband eine Situation zu konstruieren, wo das Flugzeug sich zwar relativ zur Unterlage, nicht aber relativ zur Luft bewegt.
Gelingt es der Regelung des Laufbandes, die Aussage der Aufgabenstellung zu erfüllen, dass sich die Räder des Flugzeuges nicht schneller drehen als das Laufband, dann bleibt das Flugzeug relativ zur Luft stehen, erfährt keinen Auftrieb und kann nicht starten.

2.) Das Problem ist aber, dass die Regelung, wenn sie versuchen soll, durch entsprechende Laufgeschwindigkeit des Laufbandes die Position des Flugzeuges konstant und in Ruhe zu halten, mit ihren Mitteln nicht die notwendige Kraft aufbringen kann, um regelnd einzugreifen.
Denn die Rollreibungskraft (*) ist immer kleiner als die Schubkraft der Turbinen, sobald die Turbinen mal ein bisschen Gas geben.

Also wird die Regelung verzweifeln und versuchen, das Laufband immer schneller zu machen. Aber egal mit welcher Geschwindigkeit die Räder auch drehen, die Rollreibungskraft wird nicht größer, die Turbinen beschleunigen das Flugzeug unbeeindruckt weiter.

ALSO HAT DER AUFGABENSTELLER EINE REGELUNG VORGEGEBEN, DIE NICHT FUNKTIONIERT.

Viele Grüße, dermarkus

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(*) Die Rollreibungskraft ist

Da sowohl der Rollreibungskoeffizienz \mu_{Roll} als auch die Gewichtskraft des Flugzeugs konstant sind (und möglicherweise für sehr hohe Geschwindigkeiten der Rollreibungskoeffizienz sogar etwas abnimmt, da mag Gast recht haben), kann die Rollreibungskraft nur einen gewissen, festen Wert haben (, der für gut aufgepumpte Räder und gut geschmierte Radlager sogar nur noch ein bisschen kleiner wird.)

Gast

Das Band läuft "mit der gleichen Geschwindigkeit, nur in die entgegengesetzte Richtung."

Die einzige Wirkung ist die Verdopplung der Drehzahl der Räder. Sollte also irgendeine Regelung die Bewegung verhindern wollen, würde sie das Band sofort auf die größte mögliche Geschwindigkeit bringen, denn die Bewegung des Flugzeugs ist davon unabhängig. Die Regelung macht also korrekt was sie kann, aber sie ist wirkungslos. Die zusätzliche Reibungsleistung wird dabei vom Antrieb des Bandes aufgebracht, bremsend wirkt allein die fast konstante Kraft der Rollreibung. Die Änderung der Bewegungsenergie einer Masse ist nur durch Transfer von Impuls zu erreichen, das Bezugssystem des Flugzeugs ist die umgebende Luft, die Kopplung zum Boden allein die Rollreibung.

Man könnte den umgekehrten Fall betrachten, das Band soll jetzt die nötige Startstrecke verkürzen helfen. Dies würde nur funktionieren, wenn das Flugzeug dabei die Bremsen nicht löst, die beschleunigende Kraft also über die Haftreibung übertragen werden kann.

Wer gern fliegt ist mit dem immer gleichen Vorgang bestens vertraut:
Das Flugzeug steht in Startposition und die Triebwerke werden auf Startleistung gebracht. Erst dann werden die Bremsen gelöst, die Beschleunigung setzt sofort ein und bleibt dann erhalten bis eine gewisse Höhe erreicht ist.

Im Fall der Starthilfe müsste die Regelung des Bandes dafür sorgen, dass die über die Räder übertragene Kraft erhalten bleibt wenn die Triebwerke das Flugzeug beschleunigen. Es würde dann mit einer kürzeren Startbahn auskommen, und zwar weil es mit 'angezogener Handbremse' startet..

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Gute Idee!

Stimmt, wenn man die Flugzeugbremsen anzieht, dann vergrößert man die Reibungskraft in den Radlagern so sehr, dass die Rollreibungskraft der Schubkraft der Turbinen paroli bieten kann.

Dann (also falls zum Beispiel die Regelung per Funk-Fernsteuerung gleichzeitig mit der Laufbandgeschwindigkeit auch die Bremsen des Flugzeuges gerade immer so fest anziehen darf, dass die Rollreibungskraft gleich der Turbinenschubkraft ist) hätte die Regelung also eine Chance, ihr Ziel zu erreichen.
Das würde bedeuten, dass, mit dieser Zusatz-Wirkmöglichkeit für die Regelung, die Regelung zu einer funktionierenden Regelung ausgebaut würde und das Flugzeug am Boden bleibt.

Eine Verkürzung der Startbahn kann nur durch eine Vergrößerung der Beschleunigung erreicht werden (Wie zum Beispiel durch die "Flugzeugschleudern" auf Flugzeugträgern).
Und zwar der Beschleunigung des Flugzeuges relativ zur Luft.
Eine Kombination aus unserem Laufband und mit irgendeiner Stärke angezogenen Bremsen bewirkt aber immer nur eine Verkleinerung dieser Beschleunigung, ist also keine Starthilfe, sondern verlängert immer die erforderliche Startbahn.

Gast

Im Falle blockierter Bremsen kann das Band die gleiche Rolle spielen wie das Katapult auf einem Flugzeugträger, Flugzeug und Band sind fest verbunden, Impulsübertragung kann stattfinden. Damit das während des Starts auch so bleibt muss die Regelung jetzt dafür sorgen, dass die beschleunigende Kraft des Bandes auf die blockierten Räder erhalten bleibt, die Geschwindigkeit des Bandes folgt stets der des Flugzeugs.

Im Gegensatz zum Katapult ist hier die Starthilfe begrenzt auf g, denn moderne Reifen haben bei Flugzeugen (wie übrigens auch bei Autos) unter guten Bedingungen ein µ von eins. Dazu addiert sich die durch die Triebwerke bewirkte Beschleunigung, das ist zusammen wohl deutlich mehr als der normale Passagier mit mittlerer Flugangst zu tolerieren in der Lage sein dürfte.

Nebenbei: Moderne Verkehrsflugzeuge ähneln im Grunde wieder Propellerflugzeugen, besonders während des Starts und in dichter Luft. Man kann das leicht erkennen am enormen Durchmesser der Triebwerke, beim neuen A380 über 3 Meter, die Gasturbine selbst verschwindet fast darin. Solche Triebwerke werden auch nicht mehr als jet engines bezeichnet sonder turbofan engines genannt, eine auch gebräuchliche ältere Benennung ist Mantelstrom-Triebwerk.

Solche Flugzeuge können nur im Unterschallbereich fliegen, der Antrieb durch den fan wird bei Schallgeschwindigkeit wirkungslos. Man könnte auch sagen, die Masse des Flugzeugs geht dann gegen unendlich...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Anderer Gast · Gast

Es hebt ab!
In der Übersetzung das Rätsels ist ein Fehler aufgetreten. Im Englischen wird klar, dass die Regelung das Laufband auf exakt die Geschwindigkeit des Flugzeuges bringt, also nicht der Räder. Und, natürlich, immer noch rückwärts läuft.
Damit wird klar, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Räder im Moment des Abhebens nur doppelt so gross ist, wie die Geschwindigkeit des Flugzeuges.
Mit der Beschleunigung gibt es indessen keine Probleme, da die Triebwerke (btw: wer hat was von nem Düsenjet gesagt;- es könnte doch auch ein Segelflugzeug mit ner ganz normalen Winde sein?) ja keine Kräfte oder Momente auf die Räder oder das Laufband übertragen (es würde auch wenig Sinn machen, ein Flugzeug über die Räder antreiben zu wollen, da es da extreme Probleme nachm Abheben gäbe...;-) ).

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Exakt auf die Geschwindigkeit des Flugzeugs und trotzdem Rückwärts?

Ich vermute, du meinst, die Geschwindigkeit des Laufbandes soll so geregelt werden, dass ihr Betrag gleich dem der Geschwindigkeit des Flugzeugs ist, und ihre Richtung der des Flugzeuges entgegengesetzt.

Kannst du mal den Link zur englischen Aufgabe angeben oder den englischen Text hier posten?

chrischo · Anmeldungsdatum: 22.01.2006 Beiträge: 5 Wohnort: 59846

hallo beisammmen,

da ich ja der ersteller dieses threads war helfe ich auch gern mit dem link weiter :

www.avweb.com/news/columns/191034-1.html

ein wenig runter scrollen bitte

greets

chris

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Danke für den link!

Einverstanden, dann ist alles klar: Dann drehen sich die Räder des Flugzeugs beim Start in der Tat genau mit der doppelten Geschwindigkeit. Das Flugzeug hebt ohne Probleme ab.

Gast55678 · Gast

Das Flugzeug hebt logischerweise ab, da es sich in dem System "Luft" bewegt, das von dem Laufband nicht beeinflusst wird. Die Räder bewegen sich halt eben sehr schnell und das Flugzeug hebt einfach ab, weil der Propeller die Luft nach hinten drückt und das Flugzeug sich so durch die Luft bewegt, bis es schnell genug ist um sich durch Auftrieb vom Boden zu erheben...

Toempel · Gast

Hi, Stellt euch mal die Frage, wie ein Flugzeug, sagen wir zb den A380 ca 300000 liter Kerosin transportiert.. Über 100000 Liter sollen in einem Flügel sein.. Dieses Gewicht kann eine Flugzeugkonstruktion niemals tragen. Wenn man diesem Thema hinterher geht, erscheinen immer mehr Fragen ohne Antworten. Da kommt man dann zu Ideen wie zb daß Flugzeugturbinen gar kein Kerosin brauchen und nur mit heißer Luft fliegen. Hört sich erstmal seltsam an. Aber die Bauart der Triebwerke lässt wohl zu, daß die Luft und das darin enthaltenene Wasser so sehr komprimiert werden, daß der Wasserstoff und der Sauerstoff aus der Luft miteinander verbrannt werden.(freie Energie). Das Gleiche gilt für Großdiesel in Tankerschiffen. Diese Diesel benötigen keinen Sprit. Da reicht die komprimierte Luft, wie es teilweise im Netz unter durchdrehender oder durchgehender Diesel zu finden ist. Viel spaß beim suchen nach der Wahrheit

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Ich fahre neuerdings auch billiger seit ich in meinen DieselTank reinpinkle und den Rest mit der Luftpumpe auffülle. Ich melde mich wenn ich den ersten Meter geschafft habe.

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5041