Strömungsabriss

Auftriebsbeiwert.jpgs ]] Als Strömungsabriss (englisch: stall) bezeichnet man in der Aerodynamik die Ablösung der Luftströmung von der Oberfläche eines angeströmten Gegenstandes. In der Praxis sind darunter Tragflächen, Steuerungsflächen, Propeller, Rotorblätter oder im Triebwerksbereich auch Verdichterschaufeln gemeint. Dabei kann es sich gleichermaßen um die Ablösung einer laminaren, als auch einer turbulenten Strömung handeln.

Ursachen

Zwei Ursachen sind für den Strömungsabriss verantwortlich:

Vergrößerung des Anstellwinkels bis zu dem Wert, bei dem keine Auftriebserhöhung mehr stattfindet, bei dem also der maximale Auftriebsbeiwert Ca max erreicht wird, was bei ca. 16° Anstellwinkel passiert.
Erhöhung der Geschwindigkeit an einem Unterschallprofil in den schallnahen Bereich. Dies wird in der Fachsprache als Highspeed Stall bezeichnet.

Auswirkungen

Die Folge ist eine Verringerung des Auftriebs (beim Propeller: des Vortriebs). ECN-26845.jpg Der Pilot eines Starrflüglers kann einen Strömungsabriss gezielt herbeiführen, um bestimmte Manöver durchzuführen (z. B. Landung, Sackflug, Trudeln, Luftkampfmanöver).

Die Auswirkung eines Strömungsabrisses hängt von der Beschaffenheit des Profiles und der Tragflächenkonstruktion ab. Bei Nutz- und Verkehrsflugzeugen wird bei der Konstruktion auf eine gutmütige „Stall-Charakteristik“ geachtet, damit bei unbeabsichtigtem Eintreten in den Stall keine abrupten Auftriebsverluste auftreten.

Ein Stall-Zustand, der meistens zum Absturz führt, ist der sogenannte Deep Stall mit Verlust der Höhenruderwirkung.

Stallgeschwindigkeit

Obwohl das Auftreten eines Strömungsabrisses in erster Linie vom Anstellwinkel abhängt, kann man diesem Winkel in der Praxis eine Geschwindigkeit zuordnen. Je geringer die Geschwindigkeit eines Flugzeuges wird, desto mehr muss der Anstellwinkel erhöht werden, damit das Flugzeug ohne an Höhe zu verlieren geradeaus fliegt. Will man zudem noch ohne Höhenverlust eine Kurve fliegen, muss der Anstellwinkel zusätzlich erhöht werden.

Die Geschwindigkeit, bei der es im Geradeausflug zum Strömungsabriss kommt, nennt man Stallgeschwindigkeit, oder Stall Speed. Fliegt ein Flugzeug schneller als mit der Stallspeed, aber langsamer als mit der vom Hersteller festgelegten Mindestgeschwindigkeit, dann gerät es in den Sackflug. Die Strömung an den Tragflächen ist bereits turbulent, der Auftrieb stark vermindert, das Flugzeug "sackt durch". Die Strömung ist aber noch nicht völlig abgerissen und das Flugzeug bleibt - eingeschränkt - steuerbar.

Abfluggewicht, Schwerpunktlage und Lufttemperatur haben Wirkung auf die Stallgeschwindigkeit. Eisansatz am Boden oder während des Fluges an der Flügelvorderkante (dieser Bereich ist ganz besonders für die Auftriebsentwicklung verantwortlich) kann zu unerwartetem Strömungsabriss führen, da sich die Profilform der betroffenen Trag- oder Steuerungsflächen ändert.

Highspeed Stall

Beim Highspeed Stall kommt es durch die für den schallnahen Geschwindigkeitsbereich typische Ausbildung einer Schockwelle zum Strömungsabriss hinter der Schockwelle. Sofern nicht extrem viel Energie zugeführt wird (zum Beispiel durch einen Sturzflug) beendet sich dieser Zustand von selbst, da die Schockwelle enormen Widerstand erzeugt und sich dadurch die Geschwindigkeit wieder reduziert.

Einseitiger Strömungsabriss

Wenn es im Langsamflug durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der Tragflächen (Kurvenflug) an der langsameren Tragfläche zu einem einseitigen Strömungsabriss kommt, führt dieser zum Trudeln.

Gefahren

Bei einem Fluggerät kann ein unbeabsichtigter Strömungsabriss in Bodennähe fatale Folgen haben. Durch den drastisch verminderten Auftrieb und den erhöhten Luftwiderstand fällt es "wie ein Stein" vom Himmel.

Bei Drehflüglern (Hubschraubern) kann der Strömungsabriss zu einem plötzlichen Auftriebsverlust am Haupt- oder Heckrotor führen. Der Strömungsabriss entsteht, weil der Anstellwinkel der Rotorblätter zu groß gewählt ist, z. B. bei Überlastung der Maschine durch eine überschwere Last am Transporthaken oder durch falsche Flugtaktik im Gebirge. Nur geübte Piloten sind im Stande, solche Notfallsituationen zu meistern.

Beabsichtigter Strömungsabriss

Der geringe Auftrieb bei abgerissener Strömung wird in manchen Fällen gezielt eingesetzt.

Bei Hängegleitern und Vögeln erlaubt ein völliger Strömungsabriss kurz vor der Bodenberührung eine stehende Landung.
Im Gleitschirmsport ist der Strömungsabriss ein Mittel, um im Notfall Leinenüberwürfe und Verhänger zu beseitigen.
3D-Kunstflugfiguren werden unter Strömungsabriss geflogen.
Die Betriebsparameter von Windenergieanlagen sind so ausgelegt, dass bei zu hoher Windgeschwindigkeit die Strömung abreißt. Dadurch kann ohne Verstellung der Rotorblätter (Pitchen) die Belastung des Rotors begrenzt werden.

Aerodynamik