Druckpunkt (Strömungslehre)

Der Druckpunkt (DP) eines Körpers in der Strömung befindet sich dort, wo sich alle wirksamen Strömungskräfte zusammenfassen lassen. Er befindet sich beim Flügelprofil am Schnittpunkt der Luftkraftresultierenden und der Profilsehne. Seine Position auf der Profilsehne ist abhängig von der Profilwölbung (Klappen-/Spoilerstellung) und vom Anstellwinkel.

Am Druckpunkt wirkt kein Drehmoment (im Gegensatz zum Neutralpunkt).

Bei gewölbten Profilen, liegt der Druckpunkt normalerweise auf einem Drittel der Flächentiefe und wandert nach vorne, wenn der Anstellwinkel größer wird. Bei einer DP-Position hinter dem Viertelpunkt der Profiltiefe bewirkt jede Anstellwinkelerhöhung eine aufstellende (Nase nach oben) Drehmomentänderung. Deswegen sind gewölbte Profile instabil.

Der Druckpunkt befindet sich hinter dem Neutralpunkt. Der Abstand x zwischen diesen beiden Punkten beträgt

$x = \frac {Cm}{Ca} \, T \; ,$

wobei T die Flügeltiefe, Cm der Momenenbeiwert in Bezug auf den Neutralpunkt und Ca der Auftriebsbeiwert ist.

Symmetrische und gewisse S-Schlagprofile (gerade oder gewellte Skelettlinie) sind druckpunktfest. Der Druckpunkt bleibt bei diesen Profilen im normalen Anstellwinkelbereich stabil bei etwa einem Viertel der Flügeltiefe auf der Profilsehne.

Druckpunktwanderung

Druckpunktlage auf der Profilsehne

An gewölbten Flügelprofilen ändert der Druckpunkt je nach Anstellwinkel seine Position in Strömungsrichtung. Er wandert auf der Profilsehne nach vorne, wenn der Anstellwinkel erhöht wird. Als geometrisches Maß für die Druckpunktwanderung gilt die Profilwölbung und deren Rücklage und als dynamisches Maß das Drehmoment um den Neutralpunkt. Bei symmetrischen Flügelprofilen befindet sich im normalen Anströmbereich der Druckpunkt stabil an der Stelle des Neutralpunktes und es findet keine Druckpunktwanderung statt.

Stabilität

Der Luftkraftvektor am Druckpunkt entwickelt beim fixen Neutralpunkt am Profil ein Drehmoment. Dieses Drehmoment um die Querachse (Längsstabilität) wird im stationären Gleitflug (Trimmgeschwindigkeit) bei Hängegleiter und Gleitschirm durch die tiefe Lage des Schwerpunktes ausgeglichen und stabilisiert. Den gleichen Zweck erreicht das Segelflugzeug durch die Druckpunktpositionierung mit dem Höhenleitwerk.

Steuerung

Zum Steuern der Geschwindigkeit (Nickbewegung um die Querachse) wird beim Hängegleiter der Schwerpunkt horizontal verschoben. Beim Gleitschirm wird die Lage des Druckpunktes mit der Flügelhinterkante oder dem Beschleuniger horizontal verändert und beim Segelflugzeug mit dem Höhenleitwerk.

Stabilität und Steuerung

Für Stabilität und Steuerung bedeutet das Einstellen (Trimmen) und Verschieben (Steuern) des Druckpunktes oder des Schwerpunktes dasselbe. Entscheidend ist die Geometrie „Druckpunkt-Schwerpunkt“ (Abstand, Richtung).

Literatur

• Götsch, Ernst - Luftfahrzeugtechnik, Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8

Quellen

• http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/cp.html
• http://www.thuro.at/aerodynamik5.htm, aufgerufen am 25. Juni 2007