Technik

Die Lösung eines Problems setzt immer voraus, dass eine Motivation dazu antreibt, mit den passenden Werkzeugen eine Lösung zu finden. Als Naturwissenschaftler weiss ich, welche Rolle Prinzipien in unserer Welt spielen. Hier sind es schlicht die Erhaltungssätze der Mechanik für Masse, Impuls und Energie sowie Newton's "Kraft ist gleich Masse mal Breschleunigung". Garniert wird der Gleichungssatz mit Parametrisierungen für die Materialeigenschaften z.B. im einfachsten Fall für Luft. Nach theoretischer Herleitung der Gleichungssätze inkl. für Turbulenz und den zugehörigen Parametern benötigt man dann Werkzeuge wie Computer inkl. zugehöriger Entwicklungswerkzeuge, um mit Hilfe von Experimenten mit einem virtuellen Windkanal sich der Realität zu nähern.

Zielsetzung ist es dann, mit Hilfe von Experimenten das Flugverhalten eines Modellflugzeugs so zu studieren, dass beginnend mit dem Geradeausflug über den Landeanflug bis hin zum Rücken- und Messerflug das Wechselspiel von Motorschub, Luftwiderstand, Auftrieb und Drehmomente inkl. der Ruderwirkungen für ein gegebenes Modellflugzeug ermittelt werden. Unterstützt wird dies durch eine Steuerung über eine grafische Oberfläche.

Pikant an der Technik, mit einem Modell der Strömungsmechanik z.B. ein Modellflugzeug zu rechnen, ist es, dass der Kern des Programms  keine Information hat, um welchen Typ von Objekt es sich handelt. Das Programm sieht nur ein Cluster von Zellen, die nicht luftdurchlässig sind. Erst die nachträgliche Auswertung und Visualisierung offenbart den Sinn und Zweck der Rechnungen. Dies bedeutet einerseits, dass das Strömungsmodell sehr allgemeingültig funktionieren muss, aber andererseits muss man sich bewusst sein, dass die numerische Umsetzung der partiellen Differentialgleichungen und von Parametrisierungen fast nie oder präzise ausgedrückt nie perfekt arbeitet. Fehler zu erkennen ist deshalb die zentrale Aufgabe eines Strömungsmechanikers, um nicht am Schluss die falschen Schlussfolgerung zu ziehen.