Technik A Flugzeugkunde B3 Aerodynamik C Triebwerkkunde D Propeller E Instrumentenkunde F Flugleistungen G Beladung und Schwerpunkt

Ruderwirkungen Querruder Einige der Abbildungen wurden aus folgenden Bänden entnommen: Schiffmann1: "Der Privatflugzeugführer", Band 1, Technik I, 1977 Schiffmann3: "Der Privatflugzeugführer", Band 3, Technik II, 1977 Schiffmann4A: "Der Privatflugzeugführer", Band 4A, Flugnavigation, 1979 Schiffmann7: "Der Segelflugzeugführer", Band 7, 1997 Hesse3: Flugnavigation, 1976 Hesse4: Der Segelflugzeugführer, 1975 Schiffmann7: Abb 4.1.65

Querruderumkehrwirkung Beim Langsamflug haben die Tragflügel bereits einen sehr großen Anstellwinkel Erfolgt ein Querruderausschlag, so wird durch das nach unten ausgeschlagene Querruder auf seiner Seite der Anstellwinkel noch weiter erhöht. Folge  Abreißen der Strömung Verlust des Auftriebes Zusätzlicher Widerstand Flugzeug kippt mit einer Drehung um die Hochachse entgegengesetzt dem gegebenen Querruderausschlag seitlich ab Querruder bei herabgesetzter Geschwindigkeit mit Vorsicht betätigen

Negatives Wendemoment Die Steuerung mit dem Querruder bleibt nicht ohne Nebenwirkung Gehobene Fläche erzeugt durch das nach unten ausgeschlagene Ruder größeren Auftrieb und damit einen größeren Widerstand  Folge: Angehobene Fläche bleibt zurück und die gesenkte eilt vor Abhilfe: Differenziertes Querruder

Höhenruder Schiffmann7: Abb 4.1.66

Seitenruder Schiffmann7: Abb 4.1.67

Schieberollmoment – oder Wenderollmoment Ein Steuerimpuls mit dem Seitenruder bleibt ebenfalls nicht ohne Nebenwirkung: z. B. Seitenruder nach links leitet zwar ein Eindrehen nach links ein, das Lfz. jedoch schiebt mit dem voreilenden Flügel nach Außen (Die Kugel in der Libelle wandert ebenfalls nach außen) Das Lfz. zeigt jedoch ohne Betätigung der Querruder die Tendenz zu einer Rollbewegung nach dem Kurveninneren. Dieses Wenderollmoment ist darauf zurückzuführen, dass der voreilende Flügel bei einer Drehung um die Hochachse eine größere Geschwindigkeit und damit einen höheren Auftrieb erhält. Die kurvenäußere Fläche wird angehoben.

Kräfte im Kurvenflug Jede Kurve bringt aerodynamische Verluste und verursacht je nach der Schräglage Zunehmenden Höhenverlust und Die zusätzliche Zentrifugalkraft zum Gewicht (K) muss durch zusätzlichen Auftrieb (wird entweder erzeugt durch Ziehen des Höhenruders oder durch Erhöhen der Leistung) ausgeglichen werden. Zentrifugalkraft (Z) > Zentripedalkraft (ZK)  Flugzeug schiebt Z < ZK  Flugzeug schmiert

Lastvielfaches Das Lastvielfache ist ein Faktor, um welches das Normalgewicht größer ist, oder um wieviel die auftretende Beschleunigung größer ist. Normale Schwerkraft: 9,81 m/s2 = 1 G Normalflugzeug +3,8g / -1,52g (Kunstflug verboten) Turbulenzen können bereits im Reiseflug Lastvielfaches erzeugen. Volle Ruderausschläge sind bei Überschreitung der Manövergeschwindigkeit zu unterlassen

Kräfte im Kurvenflug Schiffmann7: Abb 4.1.42

Etwas Mathematik dazu: Auftriebsformel: = G1 * cos Ankathete Hypotenuse NK  A=G= V2 * CA * F 2 Umstellung nach V2 1 cos = NK  * F CA G 2 V2 = cos Umstellung nach NK = 1 A * * Stall Geradeausflug: cos 1 0° 1 45° 0,707 1,41 60° 0,5 2 75° 0,259 3,86  = * v   F CA G 2 cos  G1 Stall Kurvenflug: v * =  F CA G 2  NK NK G1=1000 kg Stall Kurvenflug vereinfacht: Beispiel mit einer VST von 42 KT im Geradeausflug und 60° Schräglage: =  VSTK VST * NK 42 VST(K) = *  2 = 42 VST(K) = * 1,41 =  VSTK VST * 1 VST(K) = 59 Kt cos

Lastvielfache im Kurvenflug Querneigung Lastvielfaches Fahrtzunahme a 1 / cos a Ö1 / cos a 0° 1,00 20° 1,06 1,03 40° 1.31 1,14 60° 2,00 1,41 80° 5,76 2,40 85° 11,5 3,39

Kurvenge-schwindigkeit Schiffmann7: Abb 4.1.43

Lastvielfaches im Abfangbogen Schiffmann7: Abb 4.1.48

Harte Landung

Fragen Welche Widerstandsarten gibt es? Wie läßt sich der induzierte Widerstand reduzieren? Wie kommt es zum Trudeln, wie wird ausgeleitet? Erkläre die Lastzunahme im Kurvenflug Erkläre warum sich die Mindestfahrt um 1,4 bei einer Kurve mit 60 Grad Schräglage erhöht Warum sackt ein mit zu geringer Fahrt anfliegendes Flugzeug im Abfangbogen durch?

Flächenbelastung Teilt man das Fluggewicht durch den Flächeninhalt des Tragflügel, so erhält man die „Flächenbelastung“ G/F in kp/m2 Die Flächenbelastung steht im Zusammenhang mit der Fluggeschwindigkeit Je größer das Fluggewicht und damit die Flächenbelastung, desto größer muss auch die Fluggeschwindigkeit sein, um den tragenden Auftrieb dem Fluggewicht mindestens gleich zu machen. Auch die Umkehr dieses Satzes ist richtig: Je größer die Geschwindigkeit des Lfz. sein soll, desto größer muss auch die Flächenbelastung sein. Segelflugzeuge erreichen durch Wasserbalast größere Geschwindigkeiten. Andererseits erleiden sie durch die große Flächenbelastung bei engen Kurven starke Steigverluste

Flächenbelastung Fluggewicht G / Flügelfläche F kp/m2 Kleine Flächenbelastung: - geringes Sinken (große Profildicke, Nachteil: langsam, - besserer Langsamflug (Thermiksegeln) Hohe Flächenbelastung: - bessere Gleitzahl bei hohen Geschwindigkeiten (dünne, wenig gewölbte Profile) besserer Schnellflug, aber weniger Auftrieb u. größeres Sinken Bei Segelflugzeug 20kg/m2, bei DC3 160 kg/m2 Bei Jumbo-Jet B747 690 kg/m2

Belastungs-probe Belastung mit 2,5 Tonnen, um ein Lastvielfaches von 5.3 g zu simulieren. Da die Flügelaufbau symetrisch ist, genügt der Nachweis der negativen G-Belastung auch für den Nachweis bei positiver G-Belastung.

“Flight Envelope” und Manövergeschwindigkeit VA VA verringert sich bei vermindertem Fluggewicht VS VNO VS0 Flap envelope VNE -1 -2 -3 -4 1 2 3 4 5 6 7 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 VA geringes Gewicht Strukturbruch Maximal zul. Last-vielfaches Strukturschaden VA hohes Gewicht Normal envelope Bereich nicht anliegender Strömung Strömungsabriss Lastviel-faches Vorsichts-bereich Stationärer Flug bei 1 G Mindestfahrt Bereich nicht anliegender Strömung Rückenflug Bereich Strukturschaden Strukturbruch Geschwindigkeit (IAS)

Trimmung Die Trimmung wird benötigt, um Lastveränderungen aerodynamisch auszugleichen Für die Trimmung um die Querachse gibt es zwei Möglichkeiten: Gewichtstrimmung durch verschieben von Trimmgewichten oder Trimmtanks Rudertrimmung Bei der Rudertrimmung werden kleine, in die Ruder eingebaute Hilfsklappen verwendet, die vom Piloten während des Fluges verstellt werden können. Anmerkung: Bügelkanten können nur am Boden verstellt werden. Bei größeren Flugzeugen gibt es auch für das Seiten- und Querruder eine Trimmung.

Trimmung / Massenausgleich Verlagerung des Ruderschwerpunkts in die Achse Aerodynamischer Massenausgleich Verringerung der Ruderkräfte Schiffmann7: Abb 4.1.69 Schiffmann7: Abb 4.1.70

Trimmung Trimmung kann nicht falsche Beladung ausgleichen! Federtrimmung Schiffmann7: Abb 4.1.71 Schiffmann7: Abb 4.1.72 Schiffmann7: Abb 4.1.72 Trimmung kann nicht falsche Beladung ausgleichen!

Trimmlagen Steigflug Sinkflug schwanzlastig kopflastig Nose down Nose up schwanzlastig kopflastig Steigflug Sinkflug

Stabilität =Verhalten des Lfz. gegenüber Störungen im Flug Statisch Stabil = d. h. immer durch die 0-Lage Labil = d. h. kehrt nicht mehr in die 0-Lage zurück Statisch indifferent = d. h. der Körper oder Gegenstand geht aus der 0-Lage heraus, die Bewegung baut sich jedoch nicht auf Dynamisch Stabil = Amplitude wird kleiner Labil = Amplitude wird größer Indifferent = Amplitude bleibt gleich Dynamische Stabilität setzt immer statische Stabilität voraus!

Stabilität Schiffmann7: Abb 4.1.74 Schiffmann7: Abb 4.1.73

Längsstabilität Stabilität um die Querachse wird mit dem eigenstabilen Teil des Höhenleitwerkes, der Höhenflosse erreicht Über die Anstellwinkeldifferenz und den Hebelarm des Rumpfes wird eine Dämpfung und Begrenzung der Druckpunktwanderung erreicht

Querstabilität Stabilität um die Längsachse ist dann gegeben, wenn das Flugzeug um die Längsachse auftretende Störungen ohne Eingreifen des Piloten selbst ausgleicht Konstruktives Mittel: V-Form der Tragflächen

Kursstabilität Die Kursstabilität, auch Richtungsstabilität genannt (=Stabilität um die Hochachse), ist dann gegeben, wenn das Flugzeug um die Hochachse auftretende Störungen, ohne Korrektur durch den Piloten ausgleicht. Über den Windfahneneffekt des Seitenleitwerks wird eine Rückführung der Maschine in die ursprüngliche Richtung erreicht. Konstruktiv: Pfeilung der Tragflächen Die voreilende Fläche erzeugt durch die vergrößerte Stirnfläche mehr Widerstand. Bei der zurückbleibenden Fläche ist die Wirkung umgekehrt Beide Wirkungen addieren sich und drehen das Flugzeug wieder, bis die „alte“ Richtung erreicht wird.

Flugstabilität Druckpunktstabilität Flügelpfeilung Rumpflänge V Form der Flächen Schwerpunkt relativ zu Flächen Schiffmann7: Abb 4.1.75

Besondere Flugzustände Trudeln Steiltrudeln Flachtrudeln Ausleiten Slip Einleiten Gefahren

Fragen Wann kann eine Ruderumkehrwirkung eintreten? Wie bezeichnet man die Bewegungsachsen eines Flugzeuges? Was versteht man unter dem negativen Wendemoment? Wie nennt man das Verhältnis zwischen Scheingewichtskraft und Gewichtskraft? Welche Kräfte wirken auf das Flugzeug ein? Erkläre den Unterschied zwischen Wölb- und Fowlerklappen? Wie erreicht man Stabilität um die Längsachse?

Fragen Aerodynamik Wann spricht man von Abreissen der Strömung? Der Widerstand eines Körpers ist abhängig von? Den durch Druckausgleich an den Flügelenden entstehenden Widerstand nennt man? Welche Faktoren bestimmen den Auftrieb? Was versteht man unter Luftkraft? Was ist bei einer Steilkurve zu beachten? Was versteht man unter Druckpunkt bzw. Staupunkt? Die Steuerung um die Querachse erfolgt mit Hilfe ……? Wann kann eine Ruderumkehrwirkung eintreten? Welche Stellung des Trimmruders bewirkt Kopflastigkeit? Was versteht man unter der Manövergeschwindigkeit?

Frage zur Grenzschicht Ordne zu: Ablösepunkt ( ), Staupunkt ( ), Umschlagpunkt ( )

Frage zur: Polare Ordne zu: - Bestes Gleiten - Rückenflug - Schnellflug - Auftriebslos - Strömungsabriss

Aufgabe: Flugleistungspolare Ordne zu: - Geschwindigkeit des besten Gleitens - Geschwindigkeit des geringsten Sinkens 2

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