Willkommen zur Dokumentation der Gruppe Flugzeugsimulation im Sommersemester 2021! Im Rahmen des MINTgrün Moduls 'Mathesis' an der TU Berlin dokumentieren wir unser erstes eigenes Programmierprojekt.

• Projektbeschreibung: Flug über eine (etwas) andere Erde
• Ergebnis
• Teilnehmer
• Protokolle
• Schritte zum Ziel
• Formeln

Wir spielen mit den Gesetzen der Physik! Täglich fliegt das Flugzeug A330-300 auf der Erde zwischen Frankfurt und New York. Doch was passiert, wenn sich die physikalischen Gesetzmäßigkeiten verändern, das Flugzeug, geschaffen um auf der Erde zu fliegen, aber nicht? Kann es fliegen und wird es sein Ziel erreichen? Wir wollen diese Frage beantworten, indem wir an Konstanten spielen (wie der Gravitationskonstante), Kräfte überprüfen (Auftrieb, Schub) und so die Dauer des Fluges, den Treibstoffverbrauch etc. überprüfen.

Work in Progress

Leya Hinze, Philipp Hilsberg, Emily Eberhardt, Marlena Petrowski

Zur Projektplanung.
Zur Übersicht der Protokolle.

• Ansatz
• Klasse Welt
• Klasse Flugzeug
• Änderung der Konstanten
• Simulation
• Ergebnis

Die Physik lehrt uns die grundlegenden Zusammenhänge unserer Welt. Die Formeln, die unseren Alltag bestimmen und wir aus der Schule kennen, beschreiben das uns bekannte Universum annähernd gut und dienen den Zwecken unseres Projekts hervorragend.
Auf jeden Körper im Gravitationsfeld der Erde wirkt eine Kraft, die sich berechnen lässt und von verschiedenen Faktoren abhängig ist. Unter anderem beeinflussen die Erdmasse (5,972*10^24 kg), der Erdradius (6.371 km) und die universelle Gravitationskonstante G (6,674*10-11) die stärke dieser Kraft, die auch auf fliegende Objekte wie ein Flugzeug wirkt. Hat eine A333-300 ein Leergewicht (ohne Passagiere, Treibstoff etc.) von etwa 119.600 kg, ergibt sich eine Kraft von 1174416 N, berechnet mit der Formel:

_Abb.1

Gravitation ist jedoch nur eine vieler Kräfte, die auf einen Körper wirkt. Auf ein Flugzeug im Flug wirken vier essentielle Kräfte, die sein Flugverhalten erklären: Schub, Luftwiderstand, Gravitation und Auftrieb.

_Abb.2

Unsere Aufgabe bestand nun darin diese Kräfte durch Formeln in Code auszudrücken und Konstanten Variabel zu gestallten. Dafür haben wir die Formeln unterteilt und in zwei Klassen als Funktionen aufgenommen.

Die Klasse Welt beinhaltet eine Liste relevanter Konstanten und Formeln zur Berechnung der Kräfte. Für die Gravitation:

• Erdradius
• Erdmasse
• Gravitationskonstante
• Erdanziehung (als Funktion)

Für den Widerstand:

• spezifische Gaskonstante (trockene Luft)
• mittlere Molare Masse (Luft)
• Luftdruck (als Funktion)
• Luftdichte (als Funktion)
• Temperatur (als Funktion)

Um den Code zu vereinfachen, haben wir einige Grundannahmen getroffen: Für unsere Erde spielt nur die Höhenkoordinate eine Rolle, d.h. die Gegebenheiten Temperatur, Luftdruck etc. sind auf der gesamten Welt gleich. Es existiert auch kein Wetter, also keine Luftverwirbelung, Stürme oder Ströme, die den Flug beeinflussen.

Hier geht's zur Klasse Welt.

Hier kommt unser Datenblatt zum Einsatz. …
Hier geht's zur Klasse Flugzeug.

An den grundlegendsten Gesetzen der Physik zu drehen, passiert nicht ganz so einfach, wie wir uns das vorgestellt haben. mehr Text!…
Hier geht es zu unserer genauen Zeitplanung: Unser Zeitplan und unsere Zwischenziele

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Abb. 1
Abb. 2