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Die Druckverteilung am Flugzeugrumpf hat Einfluss auf den zu messenden statischen Luftdruck ps und übt nicht unerhebliche Kräfte auf die Türen und Fenster aus. Eigentlich kann man nur den totalen Luftdruck pt messen, der die Summe aus statischem Druck ps und dynamischem Druck qc ist, welcher durch die Luftströmung hervorgerufen wird. Damit der korrekte statische Luftdruck genau gemessen werden kann, muss für den Drucksensor eine Stelle am Rumf gewählt werden, wo der dynamische Druck Null ist.
Es ist äusserst kompliziert die Strömungsverhältnisse auf der Aussenhaut eines Flugzeuges zu berechnen. Wie beim Auftriebsbeiwert cL werden daher Modelle ausgemessen und der resultierende Static Pressure Coefficient cp in Form von Kurven aufgezeichnet. cp ist wiefolgt definiert [1]:
|(1)|
|wobei'||

Wenn man also so eine cp Kurve hat, kann man daraus den zu erwartenden totalen Luftdruck an jeder Stelle des Flugzeugs berechnen, indem man die obige Formel nach pt(x) auflöst:
|(2)|
Wenn man die lokale Strömungsgeschwindigkeit v(x) an einer Stelle x des Rumpfes kennt und von inkomressibler Luft ausgeht (v(x) < Mach 0,3), kann man cp(x) nach folgender Formel relativ einfach ausrechnen:
|(3)|
|wobei'||

Setzen wir so cp(x) in (2) ein erhalten wir:
|(4)|
|wobei'||

Die Formel (4) sagt aus:
Auf Flugzeugtüren wirken zwei Druckkräfte:
Hier berechne ich nur die dynamischen Druckkräfte auf eine Flugzeugtür um zu untersuchen, welche Kraft aufgewendet werden muss, um eine Tür während der Fahrt oder in niedriger Flughöhe öffnen zu können.
Die Strömung am Flugzeugrumpf ist sehr unterschiedlich und hängt auch stark von der Fluglage und Konfiguration (Slats, Flaps, Fahrwerk) ab. Nachfolgend siehst du eine Grafik, in der cp(x) = Δp / qc entlang einer Centerline des Rumpfes aufgezeichnet ist:
|(5)|
An einigen Stellen der Grafik ist der cp Wert Null. An diesen Stellen misst man also pt(x) = ps∞. An diesen Nullstellen muss man also die Static-Ports platzieren, damit diese den korrekten statischen Luftdruck messen.
Auf dem Bild sieht man, dass an den Stellen der vorderen und mittleren Türen der cp Wert negativ ist. Das heisst, an diesen Stellen entsteht verglichen mit dem Druck in der Kabine ein Unterdruck aussen durch die vorbeiströmende Luft. Ich habe leider keine Zahlenwerte gefunden, welche die korrekte Grössenordnung für cp an diesen Stellen angibt. Eines ist klar: cp ist zwischen 0 und −0,5.
Ich habe eine Kurve für folgenden Körper als Anhaltspunkt für Berechnungen gefunden:
Ich rechne jetzt mal mit einem cp Wert von −0,1. Der Druckunterschied Δp zwischen Innen- und Aussenseite der Türe beträgt (Innendruck = ps):
|(6)|
Und die Kraft ist dann:
|(7)|
|wobei'||

Ich nehme diesmal als Türfläche einfach A = 1 m2. Dann kann man die Werte für jede andere Fläche einfach entsprechend multiplizieren:
Hat die Tür eine Fläche von 2 m2 dann muss einfach F bzw W mit 2 multipliziert werden, da F und W pro Quadratmeter gelten. Die Kräfte können durchaus beachtlich werden, z.B. in der Grössenordnung von einigen duzend kg ab 100 Knoten - alleine durch die Luftströmung, ohne Überdruck in der Kabine!
W gibt an, wie viel Gewicht in kg die Kraft F entspricht: W = F / 9,81m/s2.
Zum Vergleich: Der statische Luftdruck der Normalatmosphäre beträgt:
1,013 bar = 1013 hPa = 101 300 N/m2
Dieser Luftdruck bewirkt auf eine Fläche A = 1 m2 eine Kraft von 101 300 N, das enstpricht einem Gewicht von mehr als 10t (Tonnen)! Die Luft drückt auf der Erdoberfläche auf jeden Quadratmeter mit 10t Gewicht!
Hinweis: Die Tür eines Airbus ist z.B. 2,10 m hoch und 1,30 m breit (2,73 m2) und 100 Kilogramm schwer. [2]