Umgekehrte Steuerwirkung

[oldchris]

Grundsätzlich würde ich sagen, dass eine Aussage wie :" Die Höhensteuerdrücke wirken im umgekehrten Sinn" in einem Lehrmittel für PPL im Unterschallbereich eher Unsinn ist und ohne genauere Erklärung höchstens zur Verwirrung beiträgt.

[Stieli]

Hallo Zusammen

 

Kann ich eigentlich nur bestätigen... In den Ausbildungsunterlagen zum PPL habe ich viele Aussagen gesehen, die so unglücklich vereinfacht bzw. generalisiert waren, dass der Sachverhalt letztendlich ziemlich unverständlich war.

 

Gut gemeint, aber teilweise schlecht umgesetzt

:rolleyes:

 

 

Gruss, Andreas

[Maxrpm]

Die Fliegerei ist sehr jung und hat in zwei Generationen solche Fortschritte gemacht, daß die Lehre oft nicht mit der Technik Schritt hält. Vieles ist längst Geschichte und geistert noch Jahrzehnte durch die Fliegerei.

 

Das gilt auch für die Ruderumkehr: Sie ist kein Phänomen der Überschallzeit. Iin den ersten 50 jahren der Fliegerei war sie ein dauerndes ernstes Problem. Ruderumkehr am Querruder tritt typisch dann auf wenn die bekannten Betreibsgeschwindigkeiten einer Flächenkonstruktion überschritten werden (deshalb das häufige Auftreten mit den ersten Annäherungen an die Schallgeschwindigkeit). Die Kräfte die am Querruder bei einem Ausschlag auftreten, müssen von der Fläche aufgenommen werden.

Ab einem gestimmten Bereich werden diese Kräfte zu hoch. Jetzt können drei Dinge passieren. - Die Querruderhalterung bricht, Die Fläche bricht (unangenehm), oder die Fläche verbiegt sich entgegen dem Querruder.

Es ist der letztere Fall der die sog. Umkehrwirkung hervorbringt. Die Fläche selber wirkt hier wie ein riesiges Querruder entgegengesetzt dem eigentlichen Querruderausschlag (die Querruder vieler größerer Flugzeuge funktioniren genau nach dieser Arbeitsweise durch ein kleines Trimmruder dessen Auschlag das eigentlich Querruder in die andere Richtung treibt)

 

Beim Höhenruder sind solche Effekte viel seltener beobachtet worden - haben aber die gleiche Ursache - Verdrehen der Flosse durch das Höhenruder.

 

Die in einigen Beiträgen hier erwähnten aerodynamischen Veränderungen bein Durchstoßen der Schallmauer haben dagegen nichts mit Ruderumkehr zu tun - die Druckpunktwanderung am Flügel erfordert eine sehr große Veränderung des Abtriebs am Höhenruder - mehr als viele Konstruktionen der 50 Jahre liefern konnten. Deshalb entstand der Eindruck der Umkehr. In der Nähe der Schallgrenze nahm das Flugzeug die Nase nach unten der Pilot zog am Höhenruder aber die Nase ging weiter nach unter. Keine Ruderumkehr sondern schlicht ein zu kleiner Bereich des Höhenruders. (Der Bell X1 gelang nicht zuletzt deshalb der Durchbruch weil ihr Stabilizer in einem sehr weiten Bereich verstellt werden konnte)

 

Auch die Lehre über den Stall eines Reiseflugzeuges ist nicht am Stand der Technik. Ürsprünglich habe ich immer die Meinung von Chris und Hans vertreten und auch unterrichtet - bei Stall ja kein Querruder, nachdrücken und ein Ausbrechen mit gegenseitenruder abfangen.

Dann muste ich vor Jahren mein Instructorlizenz in den USA erneuern - bei einem alten FAA Inspector. Der Herr ließ sich zerst schildern wie ich einem Schüler das Verhalten bei Stall unterrichten würde - dann kam der praktische Teil . Ein PA28 Arrow, in 6000" kam die Aufforderung die Füße aus den Pedalen zu nehmen, die Maschine zu stallen, auf das Absinken einer Fläche zu werten, und dann die Machine nur mit Querruder wieder gerade zu richten. Ich kann mich kaum erinnern jemals etwas widerwilliger in der Luft getan zu haben. Resultat - bei drei Versuchen regierte die Maschine immer richtig auf das Querruder. Kommentarlos ließ mich der grauhaarige Sadist landen und die nächste Machine eine C177 starten. Selbe Übung, selbes Resultat, nach einer PA 18 und einer C172 kam ich auf die rettende Idee ihm zu sagen, daß meine Ansichten von wegen Querruder und Seitenruder beim Strömungsabriß vielleicht nicht ganz richtig sein. "I am glad you relise that cause that airport houses a lot of other AC type and I was getting sort of tired" meinte er, und beendete die Prüfung. Dann erklärte er mir das seit dem Krieg kein Flugzeug in der normal Kategorie mehr zugelassen wird dessen Schränkung bei Stömungsabriss nicht genügend Querruderwirkung übrigläßt um den Flugzustand zu stabilisieren. Die Lehre die Querruder in Ruhe zu lassen und mit Gegenseitenruder zu arbeiten stammt aus der Zeit vor dem Krieg als viel Flugzeuge Eigenschaften zeigten die heute nur noch für die Utility und Kunstflug Kategorie zugelassen sind.

 

Chris hat das Einleiten eines Trudelns mit Querruderhilfe beschrieben. Genau diese Methode ist bei genauen Hinschauen ein Hinweis daß unsere Fluegzeuge wirklich immer richtig auf das Querruder reagieren.

Das Flugzeug wird gestallt, das Seitenruden in Trudelrichtung getreten und dann ganz kurz des Querrruder entgegen der Trudelrichtung ausgeschlagen. Der Ausschlag muß kurz sein, wäre er nämlich länger, würde das Querruder trotz Seitenruderausschlag ein Trudeln verhindern und einen ziemlich scheußlichen Slip erzeugen. Durch den Kurzen Ausschlag wirkt das Querruder aber einen Augenblick wie eine einseitige Bremsklappe und kann (wenn die Maschine im Utility Bereich beladen und getrimmt ist) das Einsetzen des Trudelns unterstützen.

 

Wolfgang

[Gast Hans Fuchs]

Wolfgang

 

Ganz ausgezeichnet! Insbesondere der Teil zur Ruderumkehr durch Verformung des Flügels resp. des Stabilos hat nun vieles geklärt. Die Aerodynamic resp. Hydrodynamic ändert sich also nicht mit zunehmender Dichte des Mediums, sie ist in Flüssigkeiten völlig analog zu derjenigen in den Gasen.

 

Sehr beruhigend auch zu wissen, dass die Flugzeuge so wie von Dir beschrieben auf die Querrudereingaben am Stall reagieren.

 

Ich würde jedoch warnend sagen, dass es Piloten immer wieder schaffen ihr Flugzeug in eine Vrille zu zwingen. Daher rate ich beim Topruderausschlag zu bleiben, um ein stallendes Flugzeug aus dem Abkippen zu holen.

 

Hans

[MarkusP210]

Zitat Bernhard:

 

...wenn du zB im Final einen Stall hast...

 

...dann bist du tot ehe du auch nur an Ruderbewegungen gedacht hast! :eek:

 

Markus

[damgwerd]

Salü zusammen

 

Ich wurde ebenfalls nach oben genannter, 'alter Methode' unterrichtet, doch wenn ich nun alles richtig verstanden habe, kann man ein Trudeln nach einem Stall also doch mit Querrudern verhindern.

Nach meinen Erfahrungen ist jedoch ein Zurückrollen mit Seiten- statt Querrudern mit viel weniger Höhenverlust verbunden.

Könnt ihr dies bestätigen?

 

Markus: Wenn Du die stall recovery-Aktionen 'im Reflex' hast, kannst Du innert 200 bis 300 Fuss die normale Fluglage wieder herstellen, meinst Du nicht?

 

 

Grüsse,

Domi

[MarkusP210]

@Domi

 

Im Final (2 NM bis zum Touch down) bin ich rund 580 ft über Grund (3°-Anflug).

 

Aus meiner Erfahrung benötigt das Recovern aus einem (erwarteten) Stal mindestens 500 ft Höhe. Bei einem überraschenden Abriss wird's nicht reichen (abgesehen von Bodenerhebnungen).

 

Ich habe mal davon gehört, dass der Pilot einer Citation nach einem Strömungsabriss im Final (verbunden mit einem Ueberschlag des Flugzeugs um die Längsachse) die eingeleitete 'Rolle' fertigflog und den anschliessenden Crash überlebte...

 

Wenn's denn so war, sind die Schutzengel der Fliegerei für die nächsten tausend Jahre verbraucht.

 

Markus

[Hans Tobolla]

Hallo miteinander,

 

das ist ja schon günstig, dass das Beenden eines Stalls auch mit dem Querruder möglich ist, weil viele Piloten instinktiv sowieso mit dem Querruder reagieren, wenn sich eine Fläche senkt.

Ich habe auch gelernt, dass man das Seitenruder zum Beenden des Stalls einsetzen soll, damit geht es wohl auch.

 

@Wolfgang

 

Bei hohen Geschwindigkeiten braucht man doch nur einen geringen Ausschlag der Querruder, um eine gute Wirkung zu erzeugen. Ich mag nicht einsehen, dass durch so einen geringen Ausschlag die Fläche verformt wird. Vielleicht braucht man ja bei hohen Geschwindigkeiten eine erheblich höhere Kraft um eine Schräglage zu erzeugen. Aber das will mir auch nicht einleuchten.

 

 

Gruß!

 

Hans

[damgwerd]

Sali Markus

 

Na dann hat der aber Glück gehabt..;)

 

Deine Zahlen lassen mich grübeln: Ich wurde unterrichtet, die base dreiviertel bis 1NM (geschätzt) vom threshold zu fliegen, bei einer circuit altitude bei unserem Flugplatz von 800ft AAE. Dies, um immer in Gleitdistanz zur runway zu bleiben. Wir flogen den Final also meist in power idle. => Lieber noch einen sideslip oder noch mehr flaps einlegen als mit power.

Ich hatte aber in Kanada gelernt. Wird das in der CH anders gehandhabt?

 

@Hans: Ich könnte mir vorstellen, dass das Verformen der Tragflächen vor allem bei den erwähnten hohen Geschwindigkeiten und gleichzeitigen starken Steuerinputs geschah. Für mich macht's Sinn!

 

Grüsse,

Dominik

[Maxrpm]

Natürlich spricht nichts dagegen nach der alten Methode zu unterrichten und das Absinken eines Flügles beim Stall mit Gegenseitenruder zu unterbinden. Ich mache das auch so bei Segelflugzeugen einfach weil das die Lehrmeinung unseres Vereins ist. Bei Motorflugzeugen darf ich als FAA CFI den full Stall ja gar nicht unterrichten.

 

Die Ursache warum Trudelunfälle aber dermaßen zurückgegangen sind (vor dem Krieg Ursache Nr 1 für tödliche Unfälle, jetzt eigentlich so gut wie nicht mehr existent) sind sicher nicht bessere Schulungsmethoden oder höherer Ausbildungsstandard der Anfänger.

 

Heute wie vor 60 Jahren bringen unerfahrene Piloten ihre Maschinen unbeabsichtigt in den Bereich des Strömungsabrisses und heute wie damals legen sie panisch Querruder gegen die absinkende Fläche - ganz gleich was wir Ihnen beigebracht haben. Im Unterschied zu früher nimmt das Flugzeug heute widerwillig die Fläche wieder hoch anstatt in die Todesspirale (hieß früher so) zu gehen.

 

Wolfgang

[Gast Hans Fuchs]

Original geschrieben von Hans Tobolla

Ich mag nicht einsehen, dass durch so einen geringen Ausschlag die Fläche verformt wird.

Ich habe mal in der Schule? gelernt, dass die Kräfte auf Gegenstände im Windstrom mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit zunehmen. Es ist daher schon einzusehen, dass an Flugzeugen resp. an seinen Bauteilen starke Verwindungen eintreten können, wenn sie weit jenseits der Geschwindigkeiten, für die sie konstruiert wurden, betrieben werden. Einzige Voraussetzung dafür wird wohl sein, dass das Bauteil nicht schon vorher bricht.

 

Hans

[Hans Tobolla]

Ja Hans,

 

das habe ich auch mal gelernt. Die 1,4-fache Geschwindigkeit ergibt eine doppelte Kraft, wenn also meinetwegen die maximale Geschwindigkeit 300 kts beträgt, dann hätte ich bei 420 Kts die doppelte Kraft. Das müsste die Zelle eigentlich noch aushalten. Wahrscheinlich kommen beim Abmontieren noch weitere Effekte dazu, möglicherweise Schwingungen mit hoher Amplitude.

 

Nochmal zum Querruder. Ich denke, man braucht keine allzu große Kraft, um das Flugzeug um die Längsachse zu drehen.

Man muss das Trägheitsmoment um diese Achse überwinden und auch die Eigenstabilität. Bei hoher Geschwindigkeit muss man schon zweimal hingucken, um die Auschläge am Querruder überhaupt zu sehen. Soweit ich weiss, werden bei Jets die Ruderausschläge mit steigender Geschwindigkeit auch begrenzt.

Ich meine, so schnell verbiegen die Querruder die Tragfläche nicht oder fliegen davon.

 

Letztlich kann wohl nur ein richtiger Fachmann auf diesem Gebiet den Sachverhalt klären.

 

 

Hans

[MarkusP210]

@Dominik

 

Die Zahlen gelten für einen 3° steilen Anflug (welcher zwangsläufig mit Leistung geflogen werden muss), Berechnung mittels Triogonometrie.

 

Ich habe in Kanada auch erfahren, dass die Jungs gerne und oft Glissaden fliegen. Das Fliegen nach einem Gleitwinkel kommt halt von der IFR-Fliegerei.

 

Gruss

 

Markus

[Maxrpm]

Man darf sich die Querruderumkehr nicht so vorstellen, daß da ruhig geflogen wird, eine Kurfe wird eingeleitet und die Maschine kurft gemächlich in die andere Richtung. "Aha sieh an Querruderumkehr" denkt der Pilot das muß ich doch gleich dem Konstrukteur melden.

 

Wenn man sich die tatsächlichen Flugberichte durchliest dann sieht das anders aus. Die Maschienen werden bewußt über den Grenzbereich getrieben (oder vom Gegner gejagt - ist oft im Krieg beobachtet worden) plötzlich eine stake Rollbewegung (einflug in Turbulenz oder Stömungsablösung in Grenzbereich zu Schallgeschwindigkeit) der Pilot versucht mit starken Querruderausschlag zu korrigieren und findet sich plötzlich im Messerflugkurve unter hoher g-last und entgegengesetzt zum Ruderausschlag. Wenn das Flugzeug das auhält fällt bei dem Manöver die Geschwindikeit meist so ab, daß die Fläche dem Druck der Querruder standhält und die normale Ruderwirkung wieder gegeben ist.

 

Der Pilot erkennt die Querruderumkehr in den seltesten Fällen wirklich im Flug. Er ist froh zu leben und erzählen zu können was das pssiert ist - dann wiederholt man den Versuch - und dann sagt ein Ingenieur - Ruderumkehr!

 

Wolfgang

[Gast harry]

Original geschrieben von Hans Tobolla

Wahrscheinlich kommen beim Abmontieren noch weitere Effekte dazu, möglicherweise Schwingungen mit hoher Amplitude.

AFAIK wird das abmontieren erst dadurch ausgeloest dass genau diese schwingungen die betreffenden bauteile ueberlasten.

Soweit ich weiss, werden bei Jets die Ruderausschläge mit steigender Geschwindigkeit auch begrenzt.

afaik haben airliner innere und aeussere querruder. bei niedrigen geschwindigkeiten werden beide benutzt, weil nur die inneren waeren nicht effektiv, und bei hohen geschwindigkeiten nur die inneren weil die aeusseren zu empfindlich reagieren wuerden.

[Peter Guth]

hallo Kollegen,

 

mit Vergnügen habe ich die Abhandlungen hier verfolgt, die sich genialer Weise in mathematische Feinheiten, Theorien und, was wäre wenn, verstrahlen. Nicht das ihr mich nun falsch versteht, aber die Details wären eine exzellente Diskussionsbasis für eine Diplomarbeit. :D

 

Ich sage nun mal mit der stetigen Bemühung, auch dem weniger bedarften Leserkreis noch einen Hauch von Nachvollziehbarkeit zu ermöglichen:

 

Ein Airliner muss (und wird) nicht ausserhalb der werkseitigen Flugtoleranzen betrieben. Das heißt, der COG, (Schwerpunkt der Maschine) wird regulär immer in dem Bereich liegen, die durch "einfachen" Trimmen der jeweiligen Fluglage/Performance entsprechend verfeinert wird.

 

Die fikive Situation einer Steuerwirkungsumkehr ist im Normalbetrieb nicht der Fall. Ich rede hier nicht von Kleinflugzeugen, Flugversuchen mit Strömungsabriss/Stallggrenze oder anderen Extremen (Trudeln).

 

Insofern brauchen sich normale Leser keine Sorgen machen, wenn sie der hiesigen Diskussion nicht mehr so ganz folgen können.

 

Gruß Peter

 

 

 

 

[BH47]

Danke Peter, dann kann ich ja beruhigt weiterfliegen. Dachte schon es würde neu erfunden. :D

 

Gruss

Joachim

[Bruno Guggiari]

Zur Steuerumkehr bei zu weit hinten liegender Schwerpunktlage:

Infolge des negativen static margin entsteht ein negatives Rückführmoment. Eine weitere Entfernung vom Ursprung (ein instabiles Nickmoment).

Siehe auch:

http://history.nasa.gov/SP-367/chapt9.htm

Bruno Guggiari

[PeterH]

Ein sehr interessanter thread. Ich muss allerdings sagen, dass ich erstmal bei der "Seitenruder-Methode" bleiben werde, obwohl mein Fluglehrer damals ebenfalls die Meinung von Wolfgang (maxrpm) vertrat. Mein Grund dafür ist folgende - vielleicht auch allzu vereinfachende - Überlegung:

 

Wenn wir bei Übungen "in den Stall fliegen", bewegen wir uns ja eigentlich gerade nur *am* kritischen AoA (um Vs herum). Ich behaupte mal: Niemand (OK: Fast niemand :009: ) zwingt das Flugzeug bei Stallübungen wirklich "hinter" den kritischen AoA (wenn's schwammig wird: Brutalstmöglich ziehen! :eek: ).

 

Der Auftriebsbeiwert cL eines Profils wächst mit steigendem AoA (fast linear) bis zum kritischen Maximalwert. Steigt der AoA weiter, so *sinkt* nun der cL, je nach Profil abrupt oder sanft. Das aber heisst, dass bei Querruderausschlag abwärts hinter dem kritischen AoA der Auftrieb abnimmt(!), anstatt, wie gewohnt, zuzunehmen --> Querruderumkehr.

 

Wie gesagt: Ich denke, die heute gebräuchlichen "Normalprofile" haben einen gutmütigen flachen Verlauf des cL im Bereich des kritischen AoA. Das lässt einfach genug Zeit, garnicht in den wirklich kritischen Bereich zu fliegen.

 

Ausgewiesene Kompromißler :D raten teilweise zur Stallrecovery mit "koordiniertem" Seiten- und Querruder... geht sicher auch...

 

Bin auf Eure Kommentare dazu gespannt.

 

Viele Grüsse

Peter