High Speed Stall beim Windenstart

[discus]

Neulich bin ich mit einer ASW 15 an der Winde gestartet. Die Geschwindigkeit war 130, also noch im zugelassenen Bereich der ASW 15 aber trotzdem zu Zügig für einen vernünftigen Windenstart. Bei diesem Start ist mir etwas passiert, was ich vorher noch nie erlebt bzw. von gehört hatte. Ungefähr auf halber Schleppstrecke fing das Flugzeug an zu bocken wie bei einem Strömungsabriss. Was mich wundert ist, dass dies im Bereich der zulässigen Geschwindingkeit aufgetreten ist, wobei der Steigflug noch nicht einmal sehr steil gewesen war, sondern im Vergleich zu sonstigen Windenstarts eher flach. Kennt sich jemand mit der Thematik aus und könnte mir etwas darüber erzählen und wie gefährlich ist so etwas?

 

Gruss Matthias

[discus]

Ne, das hat sich exakt so angefühlt wie kurz vor nem Strömungsabriss...war echt eigenartig

 

 

 

 

Grüss di Grü, Matthias

[AlexanderP]

Ne Starke Ablösung...oder einfach schnell afueinanderfolgendes Auf/Abwind Feld...das war sicherlich KEIN highspeed stall. Woher auch? Hast du innert weniger Sekundenbruchteilen den Pitch um mehrere Grad (60,70°) verändert? Nein? Ja..dann kanns schonma kein High Speed Stall gewesen sein. Also vom Prinzip her. Wird wohl anner Thermik oder am Seilzug gelegen haben..oder du hast geschoben und nur der Fahrtmesser hat 130 angezeigt während du zu langsam warst....er weiß wer weiß. Kann man aus einer Ferndiagnose nicht viel zu sagen!

[Thermikus]

Neulich bin ich mit einer ASW 15 an der Winde gestartet. Die Geschwindigkeit war 130, also noch im zugelassenen Bereich der ASW 15 aber trotzdem zu Zügig für einen vernünftigen Windenstart. Bei diesem Start ist mir etwas passiert, was ich vorher noch nie erlebt bzw. von gehört hatte. Ungefähr auf halber Schleppstrecke fing das Flugzeug an zu bocken wie bei einem Strömungsabriss. Was mich wundert ist, dass dies im Bereich der zulässigen Geschwindingkeit aufgetreten ist, wobei der Steigflug noch nicht einmal sehr steil gewesen war, sondern im Vergleich zu sonstigen Windenstarts eher flach. Kennt sich jemand mit der Thematik aus und könnte mir etwas darüber erzählen und wie gefährlich ist so etwas?

 

Gruss Matthias

 

 

Hallo Matthias

 

Die von Dir beschriebene Erscheinung hatte ich beim Windenstart einige Male erlebt. Und zwar stets im letzten Drittel des Schlepps, wenn dieser sich bis zum automatischen Ausklinken des Seiles zunehmend verflacht hatte. Plötzlich kam ich dann dahinter, woran dieses Bocken lag:

 

Nach dem Abheben und Erreichen der Sicherheitshöhe nimmst Du den Knüppel etwas über die Neutralstellung zurück und der Segler hängt steil und satt am Seil. Wenn Du den Knüppel in dieser Stellung bis über die Hälfte in das letzte Drittel des Schlepps beibehältst, dann fängt der Flieger plötzlich zu bocken an. Jetzt lässt Du den Knüppel ein klein wenig nach (Du musst das mit den Fingerspitzen erfühlen, wie viel) - und schon ist das Bocken beendet. Woran diese Erscheinung genau liegt, kann ich nicht sagen. Es könnte sich tatsächlich um kurz hintereinander folgende sekundenlange Strömungsabrisse handeln, wenn das Flugzeug bei hoher Schleppgeschwindigkeit mit geringem Anstellwinkel nach oben wegsteigen will und das Seil es wie einen störrischen Hund nach unten zerren möchte.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):eek:

[AlexanderP]

Strömungsabrisse? So ein Schwachsinn "Thermikus"...man zieht einfach die Winde in die Knie bei zuviel ziehen,und so fängt die Maschine an zu "pumpen". Kann man sehr schön mit nem Twin an ner schwachen (unter 300PS) Winde ausprobieren.

 

Also...ich weiß ja nicht,aber deine Beiträge esind mir alle viel zu Wissenschaftlich, und vom Windenfahren hast du auch nicht so wirklich die Blickrichtung,oder?

[Thermikus]

Strömungsabrisse? So ein Schwachsinn "Thermikus"...man zieht einfach die Winde in die Knie bei zuviel ziehen,und so fängt die Maschine an zu "pumpen". Kann man sehr schön mit nem Twin an ner schwachen (unter 300PS) Winde ausprobieren.

 

Also...ich weiß ja nicht,aber deine Beiträge esind mir alle viel zu Wissenschaftlich, und vom Windenfahren hast du auch nicht so wirklich die Blickrichtung,oder?

 

 

Hallo Alexander

 

Deine Argumentation scheint mir logisch und nachvollziehbar. Nur ich bin seit ca. 1970 nicht mehr an einer Winde, sondern mit Motorseglern gestartet. Selbst habe ich auch nie mit der Winde geschleppt. Und wenn Du meine Beiträge als "wissenschaftlich" betrachtest, dann weiss ich echt nicht mehr, wie ich mich noch einfacher und allgemeinverständlicher ausdrücken könnte.

 

Kommen wir zum Schwachsinn. Schwachsinn ist es, bei dieser Affenhitze sich den ganzen Tag in die Riemen zu legen. Deshalb werde ich mich jetzt gleich für einige Stunden zum Schwimmen absetzen.

 

Schönen Gruss - Dietwolf (Thermikus):008:

[discus]

Strömungsabrisse? So ein Schwachsinn "Thermikus"...man zieht einfach die Winde in die Knie bei zuviel ziehen,und so fängt die Maschine an zu "pumpen". Kann man sehr schön mit nem Twin an ner schwachen (unter 300PS) Winde ausprobieren.

 

Also...ich weiß ja nicht,aber deine Beiträge esind mir alle viel zu Wissenschaftlich, und vom Windenfahren hast du auch nicht so wirklich die Blickrichtung,oder?

 

 

 

 

Das hat sich angefühlt wie ein Strömungsabriss und kam vom Höhenruder her. Ausserdem saß ich in keinem dicken Twin, sondern einer kleinen ASW 15. Möglicherweise ist dieses Muster einfach prädestiniert für sowas, oder das Pendelruder hat was damit zu tun.....keine Ahnung. Aber eine bockende Winde war es nciht....

[AlexanderP]

Wie war dein Steigflugwinkel? Welche Position hatte das Höhenruder? Beschreibs einfach genauer. Aber ganz eindeutig sag ich dir, das ich zu 100% davon ausgehe, dass es kein High Speed Stall war.

[Volume]

das war sicherlich KEIN highspeed stall. Woher auch? Hast du innert weniger Sekundenbruchteilen den Pitch um mehrere Grad (60,70°) verändert? Nein? Ja..dann kanns schonma kein High Speed Stall gewesen sein

 

Ich glaube hier herrscht ein wenig Verwirrung darüber, was überhaupt unter einem "High Speed Stall" zu verstehen ist.

 

Rein von den Anstellwinkeln und Auftriebsbeiwerten betrachtet (also ohne Geschwindigkeit) gibt es zunächst mal das statische (bzw. quasistatische) Überziehen, und das dynamische Überziehen.

Überziehen ist, wenn der Anstellwinkel so hoch ist, daß die Strömung dem Druckanstig auf der Profiloberseite nicht mehr folgen kann, und sich ein großes Turbulenzgebiet mit "toter" Luft auf der Profiloberseite befindet.

 

Bei langsamem (statischen) Überziehen tritt dieser Effekt bei unseren heute gebräuchlichen Profilen so im Bereich von 10-14° (Profil-)Anstellwinkel, also so 12-16° Flügelanstellwinkel ein, bei Auftriebsbeiwerten zwischen 1.2 und 1.6. Wenn ich jetzt das FX-61 der ASW-15 noch richtig in Erinnerung habe, dann müsste es bei ca. 11° und einem Ca von gut 1.3 Schluss machen. Alle unsere heute gebräuchlichen Profile lösen relativ harmlos von der Endleiste beginnend her ab.

 

Bei schnellem (dynamischen) Überziehen (so um die 90° Anstellwinkelerhöhung pro Sekunde) hat die Luft gar nicht genug Zeit, abzulösen, der Überzogene Zustand tritt erst sehr viel später, bei 45° oder so ein. Die Ablösung passiert in der Regel direkt an der Nasenleiste hinter der maximalen Druckspitze (die bei derartigen Anstellwinkeln u.U. sogar schon Unterhalb der geometrischen Nasenleiste liegen kann, da ja der Staupunkt bereits deutlich auf der Flügelunterseite liegt), die Strömung bildet meist einen einzigen Großen Wirbel auf der Oberseite und führt die Außenströmung im weiten Bogen über das Profil. In diesem Zustand produziert das Profil noch einen sehr hohen Auftriebsbeiwert, durchaus bis zu 3 oder 4, jedoch natürlich nur für einen kurzen Zeitraum. Der Anstellwinkel kann dabei in der Tat 60-70° betragen. Nur aufgrund dieses Effekts können Hubschrauben überhaupt halbwegs schnell fliegen, beim rückschlagenden Blatt passiert dies bei jeder Rotorumdrehung einmal.

 

Auch unsere Segelflugprofile kann man dynamisch überziehen, dabei werden kurzzeitig deutlich höhere Auftriebsbeiwerte erzeugt. Dies wird z.B. für die Berechnung der Böenlasten berücksichtigt, bei der ja auch dynamisches Überziehen auftritt. Es werden 25% mehr Auftrieb als statisch laut Bauvorschrift angenommen. Mit Kunstflug-Segelflugzeugen kann man diesen Effekt auch am g-Meter ablesen, wenn man sehr hart hochzieht, kann man auch schon unterhalb der Manövergeschwindigkeit kurzzeitig viele g´s ziehen.

 

Mit High Speed Stall werden oft zwei verschiedene Phänomene beschrieben, das dynamische Überziehen oder das statische Überziehen bei höherer Geschwindigkeit.

 

Der Windenstart ist nun eine ganz besondere Situation (derer sich längst nicht jeder Pilot voll bewußt ist). In diesem Fall ist der Auftrieb nämlich nicht mit dem Flugzeuggewicht, sondern mit der Summe aus Seilkraft und Flugzeuggewicht im Gleichgewicht. Bei der ASW-15 beträgt eine typische Abflugmasse 325 kg, die maximale Bruchlast der Sollbruchstelle ist 650 kg (naja, oft jedenfalls :009: manch einer denkt auch, mehr hilft mehr :001: ). Der im Windenstart benötigte Auftrieb kann also im Extremfall das 3 fache des Flugzeuggewichts betragen ! Die zugehörige Überziehgeschwindigkeit ist dann Wurzel 3 bzw. 1.73 x Vs, also so um die 130 km/h.

Normalerweise sind wir im Windenstart dichter an der Überziehgeschwindigkeit, als im Landeanflug !

 

Durch das Pendelhöhenruder ist die ASW-15 im Windenstart ohnehin ein ungewöhnliches Flugzeug, man kann aus der Knüppelkraft keinerlei Rückschlüsse auf die angreifende Seilkraft machen, sprich man kann mit wenig Kraft sich extrem ans Seil hängen. Dabei kann man durchaus bis in den überzogenen Zustand hinein geraten.

Das typische Pumpen ist ein Phänomen bei Flugzeugen mit relativ weit vorne angebrachten Schleppkupplungen, bei denen das Höhenleitwerk sehr viel Abtrieb liefern muß, und dabei seinen Maximalauftrieb überschreitet. "Pumpen" ist ein Strömmungsabriss am Höhenleitwerk (manchmal auch am Höhenruder, aber im Prinzip ist es dasselbe). Bei der ASW-15 ist es eh beides das selbe.

Laut Handbuch darf man eine 15 auch an der F-Schlepp-Kupplung windenstarten, in diesem Fall pumpt sie (ebenfalls lauf Handbuch) heftig.

 

@ discus

Ich kann mir sehr gut vorstellen, daß du dich tatsächlich so heftig drangehangen hast (du sagst ja, es war ein zügiger Schlepp, und bei der 15 spürt man nicht sehr deutlich, wie stark man schon zieht), daß du im Innenflügelbereich erste Strömungsablösungen hattest. Dafür müsste der Anstellwinkel über 10° betragen haben (was gut möglich ist) und bei 130 km/h deine Sollbruchstelle kurz vor dem Ende gewesen sein. Durch ihre relativ hohe Schränkung (aerodynamisch, Profilstrak vom FX 61-schlagmichtot(136?) auf das FX 60-126) beschränkt sich das Überziehen auf den Innenflügel, und ist damit relativ harmlos.

Nichtsdestomweniger, ist 130 für eine ASW-15 sicher keine optimale Schleppgeschwindigkeit mehr.

Kann man sehr schön [...] an ner schwachen (unter 300PS) Winde ausprobieren

Leider geht der Trend zu immer brutaleren Winden (für unsere modernen Doppelsitzer absolut notwendig und zu begrüßen), und leichte Einsitzer werden oft viel zu schnell geschleppt, bzw. es wird sich viel zu brutal drangehangen.

Unter einer schwachen Winde habe ich zu Anfang meiner Ausbildung unsere alte 90 PS (!) Pfeiffer Querschleppwinde verstanden, die brachte eine Ka7 auch noch auf 300m. Die "starke" Winde hatte den 160 PS von einem Oldsmobile Rocket, und hat auch noch ein Jahrzehnt Twins und ASK-21 geschleppt. Zuletzt hatten wir auf einen 1989er 5.5 Liter Ford Mustang umgebaut, der hatte dann atemberaubende 275 PS und mit der ASH-25 keine Probleme. Dafür wurde der Schrei "LAAAANGSAAAAMÄÄÄÄR" im Funk bei Einsitzern immer häufiger ...

Winden unter 300 PS als schwach zu bezeichnen, kann ich wirklich nicht nachvollziehen. (Ich denke, ich habe noch nie an einer über 300 PS gehangen, aber da will ich keine Wetten eingehen)

 

Gruß

Ralf

[Maxrpm]

Der Windenstart ist nun eine ganz besondere Situation (derer sich längst nicht jeder Pilot voll bewußt ist). In diesem Fall ist der Auftrieb nämlich nicht mit dem Flugzeuggewicht, sondern mit der Summe aus Seilkraft und Flugzeuggewicht im Gleichgewicht. Bei der ASW-15 beträgt eine typische Abflugmasse 325 kg, die maximale Bruchlast der Sollbruchstelle ist 650 kg (naja, oft jedenfalls :009: manch einer denkt auch, mehr hilft mehr :001: ). Der im Windenstart benötigte Auftrieb kann also im Extremfall das 3 fache des Flugzeuggewichts betragen ! Die zugehörige Überziehgeschwindigkeit ist dann Wurzel 3 bzw. 1.73 x Vs, also so um die 130 km/h.

Normalerweise sind wir im Windenstart dichter an der Überziehgeschwindigkeit, als im Landeanflug !

 

Das halte ich für ein Irrtum. Auch im Windenstart bestimmt nur den Anstellwinkel ob ein Strömumgsabriss auftritt oder nicht. Die Minimalgeschwindigkeit könnte etwas höher sein weil ja bei gleichem Anstellwinkel noch ein Vortrieb aus dem Windenseil kommt, aber nicht so hoch.

 

Sehr wohl muß allerdings der Auftrieb gegen Seilkraft und Flugzeuggewicht arbeiten. Deshalb kann es durchaus vorkommen, daß der Segler bei zu geringer Geschwindigkeit im oberen Drittel des Schlepps nicht mehr steigt oder gar sinkt. Trotz hohem Anstellwinkel wird eben nicht genügend Auftrieb geliefert. Das heißt aber nicht das das Flügel überzogen wäre.

 

 

 

Das typische Pumpen ist ein Phänomen bei Flugzeugen mit relativ weit vorne angebrachten Schleppkupplungen, bei denen das Höhenleitwerk sehr viel Abtrieb liefern muß, und dabei seinen Maximalauftrieb überschreitet. "Pumpen" ist ein Strömmungsabriss am Höhenleitwerk (manchmal auch am Höhenruder, aber im Prinzip ist es dasselbe).

 

Das könnte sein. Allerdings habe ich hier auch eine andere Erklärung gehört: Bei manchen Seglern mit Kreuzleitwerk wird bei den hohen Anstellwinkeln im oberen Drittel des Schlepps das Höhenruder von den Wirbelablösen der Fläche getroffen. Bei manchen Modellen so stark, daß nicht mehr genügend Abtrieb Höhenruder geliefert wird. Der Effekt ist stark etwa bei K4, K7, K13 ASK15.

 

Für diese Erklärung spricht, daß es keine mir bekannt Segler mit T Leitwerk gibt, von dem dieses Pumpen beim Windenstarkt bekannt wäre.

 

 

 

 

Gruß

Ralf

 

Gruß

 

Wolfgang

[Volume]

Hi,

 

Auch im Windenstart bestimmt nur den Anstellwinkel ob ein Strömumgsabriss auftritt oder nicht

Korrekt.

Wie schon gesagt, beträgt bei vielen Flugzeugen die zulässige Sollbruchstellenlast das doppelte der Flugzeugmasse, damit muß der Flügel den dreifachen Auftrieb (Gewicht plus doppeltes Gewicht) liefern. Dazu muß man erstens natürlich den Anstellwinkel erhöhen (ziehen, "sich ans Seil hängen"), und außerdem schnell genug sein, also so um die 1.7 fache 1g-Mindestfahrt. Der Windenstart entspricht vom Auftriebsbedarf etwa einer 70° Steilkurve.

Sehr wohl muß allerdings der Auftrieb gegen Seilkraft und Flugzeuggewicht arbeiten.

Genau das sagte ich ja. Allerdings ist IMMER noch ein Winkel zwischen Auftriebs- und Seilrichtung, sonst ist das kein Gleichgewichtszustand, da ja auch noch der Widerstand mit ausgeglichen werden muß. Kleine Winkel ändern jedoch den Cosinus kaum, daher kann man selbst bei 70° zwischen Seil und Rumpflängsachse noch behaupten, Die Seilkraft wirkt in Auftriebsrichtung (es wären dann 85%).

Deshalb kann es durchaus vorkommen, daß der Segler bei zu geringer Geschwindigkeit im oberen Drittel des Schlepps nicht mehr steigt oder gar sinkt. Trotz hohem Anstellwinkel wird eben nicht genügend Auftrieb geliefert. Das heißt aber nicht das das Flügel überzogen wäre.

Hmnnnnein, so kann man das nicht sagen. Die andere Seilkomponente wirkt nach vorne und beschleunigt das Flugzeug, obwohl es u.U. sinken mag, wird ihm dennoch Energie zugeführt (Totalenergie). Steigen und Sinken hat nix mit Auf- oder Abtrieb zu tun. Wenn der Flügel nicht genug Auftrieb liefert, ist das Flugzeug nicht mehr im Gleichgewicht und der Flugzustand nicht mehr stationär. Wenn der Flügel "Trotz hohem Anstellwinkel [..] nicht genügend Auftrieb" liefert, ist das genau ein überzogener Flugzustand.

"Überzogen" darf man natürlich nicht Schwarz-Weiss sehen, die Flugzeugbauer geben sich unglaublich viel Mühe, einen Graubereich in das Flugzeug hineinzukonstruieren. Das gesamte Flugzeug ist Überzogen, wenn bei einer Anstellwinkelerhöhung keine Auftriebserhöhung mehr passiert. Bei mindestens 5° geringerem Anstellwinkel ist jedoch bereits der Innenflügel überzogen, das Flugzeug "hängt nur noch am Aussenflügel", der Innenflügel produziert außerdem Wirbel (Schütteln) und Widerstand. Der höhere Widerstand reduziert die Fahrt, und zwingt so den Piloten das Höhenruder nachzulassen, und damit den Anstellwinkel wieder zu verkleinern, und den Winkel zwischen Seilkraft und Flugzeuglängsachse wieder kleiner zu machen. Damit wirkt nun nicht nur mehr Seilkraft dem Widerstand entgegen, der Flügel braucht auch einen geringeren Teil der Seilkraft als Auftrieb auszugleichen.

 

Ich glaube auch kaum, daß es im oberen Drittel des Windenstarts noch einfach möglich ist, das Flugzeug zu überziehen. Die Höhenruderwirksamkeit dürfte kaum ausreichen, das kopflastige Moment der Seilkraft an der vor dem Schwerpunkt angebrachten Kupplung auszugleichen. Im mittleren Drittel des Schlepps hingegen kann man bei vielen Flugzeugen den Anstellwinkel bis in den überzogenen Bereich hin erhöhen. Wie gesagt, reicht es meist nur für ein Überziehen des Innenflügels, d.h. man spürt schon Effekte wie Schütteln und erhöhten Widerstand (Fahrtrückgang), kann aber noch fliegen und steuern.

Im ersten Drittel des Windenstarts hat die auch unterhalb des Schwerpunkts angebrachte Kupplung noch ein schwanzlastiges Moment, hier ist Überziehen ohnehin immer möglich (und kommt ja nachweislich auch vor, mit den bekannten Folgen)

 

Bei manchen Seglern mit Kreuzleitwerk wird bei den hohen Anstellwinkeln im oberen Drittel des Schlepps das Höhenruder von den Wirbelablösen der Fläche getroffen

Bei hohen Anstellwinkeln liegt ein Kreuzleitwerk normalerweise unterhalb der Wirbelschicht des Hauptflügels. Insbesondere bei Flugzeugen mit hoch angebrachtem Hauptflügel wie Ka2b, Ka4, Ka7. Gerade die von dir genannten Typen haben sehr weit vorne liegende Schleppkupplungen.

 

Für diese Erklärung spricht, daß es keine mir bekannt Segler mit T Leitwerk gibt, von dem dieses Pumpen beim Windenstarkt bekannt wäre

Astir, ASW24, Hornet, Twin II (letzterer nur bei starken Winden, sonst erübrigt sich das mit dem stark ziehen ohnehin)