Mechanik der Höhenrudertrimmung

[americanflyyer]

Hallo

 

ich soll in der Schule einen vortrag darüber halten, wie die Höhenrudertrimmung bei einem Segelflugzeug funktioniert. Dass das mit Trimmklappen gemacht wird weiß ich, aber wie wird das mechanisch vom Bedienelement auf die Trimmklappe übertragen??

Ich hoffe mir kann jemand möglichst schnell helfen.

 

Danke schonmal an alle

[Wilko Wiedemann]

wie wird das mechanisch vom Bedienelement auf die Trimmklappe übertragen?

Via Seilzüge und Stangen.

 

Blöde Antwort, aber mehr kann ich selber grad nicht dazu sagen. Am besten wäre eine technische Zeichnung mit allen Elementen. Leider besitze ich nur Unterlagen von wesentlich komplexeren Trimmungen aus Airlinern.

Vielleich kann ein Segelflieger an solche Unterlagen rankommen.

 

Gruss

 

Wilko

[Christian Thomann]

Hallo Joachim

 

Kein Flugzeug, vom Linienjet bis zum einsitzigen Segelflugzeug, ist auf Anhieb gleich so richtig beladen dass es selbst richtig ausgetrimmt ist. Ausgetrimmt bedeutet, dass es bei einer gewünschen Geschwindigkeit ohne weitere Steuerkräfte am Höhenruder diese Fluglage sprich Geschwindigkeit etwa beibehält.

 

Damit aber diese gewünschte Fluglage beibehalten werden könnte, müsste man also immer stossen oder ziehen. Das ist wegen Konzentrationsverlust oder Müdigkeit auch sehr gefährlich und unbequem. Ferner ist für unterschiedliche Gewindigkeiten auch nicht die gleiche Knüppelstellung nötig und somit auch ein anderer Steuerdruck nach vorne oder hinten erforderlich.

 

Auch ich bin im Segelflugzeug ein fauler Hund und trimme jede Mücke aus.

 

Es gibt verschiede Möglichkeiten, die Trimmkräfte auszugleichen. Entweder mechanisch oder aerodynamisch. Die einfachste mechanische Trimmung wird einfach mit einer vorgespannten Feder erreicht, die man je nach Bedarf weiter nach vorne oder nach hinten verschiebt und dadurch die Handkraft am Knüppel übernimmt. Bei Motorflugzeugen wird dies mit einem Stellmotor manuell oder vom Autopilot erreicht. Über hydraulische Trimmung oder Gewichtsverlagerung durch Umpumpen von Treibstoff zwischen vorne und hinten wollen wir hier nicht ausschweifen.

 

Ferner gibt es noch die aerodynamische Trimmung mittels Flettnerruder. Dies vor einiger Zeit Dietwolf hier recht gut erklärt.

 

Das aerodynamische Flettner-Ruder ist ebenfalls sehr einfach zu verstehen:

klicke das Bild

 

Hier drückt als das kleine Flettnerruder ganz links durch die Luftströmung die Hinterkante des dunkleren Höhenruders nach unten und übernimmt somit eine Kraft am Steuerknüpppel nach vorne. Die korrekte Stellung wird im Cockpit durch einen kleineren Hebel in Kabelzügen durch ausprobieren gefunden.

 

Da aber die Flettner-Trimmung einen zusätzlichen aerodynamischen Luftwiderstand erzeugt, wird heute für die Super-Plastikstörche oder Hochleistungssegler fast ausschliesslich die Federtrimmung benutzt, die im Cockpit auf verschiedene Arten gelöst wird.

 

Wie ich oben schon erklärte, trimme ich jede kleine Änderung der Fluglage, sei es Geschwindigkeitsänderung oder grössere oder kleinere Querlage. Dies nicht nur, um die rechte Hand zu entlasten oder gar kurzzeitig frei zu haben, sondern ich liebe es, falls möglich, nur mit kleinen Fingestpitzen-Stössen zu steuern. Jedes Gehebel vorallem um die Längsachse um die Querlage gibt immer wieder einen gewissen Luftwiderstand und stört jedes Segelflugzeug.

 

Ich habe mir im Breitenförderungskurs BFK1 in Samedan letzten Sommer auf dem Hintersitz mal einen lustigen Spass erlaubt und einfach meine Flugimütze auf den "nervösen Knüppel" gelegt. Es ist ein kurzes Movie für Quick-Time 13 MB. Ein anderes Mal werde ich vermutlich ein kleines Bimmelglöcklein montieren. :D Wenn das direkte Downloaden nicht geht, dann Rechtklicken und "Ziel speichern unter..." und von dort starten.

 

Viel Erfolg

Chregel

[Volume]

Hi Jungs,

 

Das mit dem nervösen Knüppel ist in der tat bei einigen Piloten sehenswert. Der Physiker nennt sowas glaube ich Braunsche Molekularbewegung :D

Ich habe mir einmal den Spaß gemacht, bei einem Überprüfungsflug mit einem Scheinpiloten mal mitzuzählen, der hat es tatsächlich zwischen Landekurve und Aufsetzen auf 78 verschiedene Stellungen des Bremsklappenhebels gebracht.

 

Aber zurück zum Thema :

 

Kein Flugzeug, vom Linienjet bis zum einsitzigen Segelflugzeug, ist auf Anhieb gleich so richtig beladen dass es selbst richtig ausgetrimmt ist.

 

Da muß ich ein wenig wiedersprechen. Es ist recht gefährlich, einen Zusammenhang zwischen Beladung und Trimmeinrichtung herzustellen, da es oft zu Missverständnissen führt. Es ist zutiefst bedauerlich, daß sich für die Trimmstellungen die Begriffe "Kopflastig" und "Schwanzlastig" eingebürgert haben, die den Zusammenhang mit der Beladung suggerieren. Die Englischen Bezeichnungen mit Trim up and down ist eigentlich schlauer.

Hauptzweck der Trimmung ist es, die Höhenrudernullstellung an verschidene Geschwindigkeiten und Klappenstellungen anzupassen, so daß man in jedem stabilen, ausgetrimmten Flugzustand den Knüppel loslassen kann, wenn die Trimmung richtig eingestellt ist. Das entlastet den Piloten.

Auch die Beladung des Flugzeugs beeinflusst die Längsstabilität, aber eben nicht nur die Nullstellung des Knüppels bzw. die Gleichgewichtsgeschwindigkeit, sondern auch die Knüppelwege und Knüppelkräfte in einem Maß, das von der Trimmung nicht beeinflusst werden kann. Nicht jeden Effekt einer Beladungsänderung kann man mit der Trimmung ausgleichen, krasse Fehlbeladungen sowieso nicht.

Es kann sogar (gerade bei Federtrimmungen) soweit gehen, daß eine unzulässige hintere Schwerpunktlage mit den entsprechend geringen Knüppelwegen und geringen natürlichen Knüppelkräften (oder gar mit umgekehrten Ruderkräften !)eine Federtrimmung wirksamer macht, so daß man nicht mehr soweit schwanzlastig trimmen muß, wie wie man bei einer kopflastigeren Beladung noch musste.

Es gibt Piloten, die glauben ihr Fluzeug sei zu kopflastig beladen, wenn sie beim Kurbeln den hinteren Anschlag der Trimmung erreichen. Es gibt auch welche, die meinen ihre Beladung sei in Ordnung, solange sie mit der Trimmung noch eine vernünftige Geschwindigkeit einstellen können. Beides kann grundverkehrt sein, daher sollte man mit dem Zusammenhang Beladung <-> Trimmung sehr vorsichtig sein. Die Beladung hat grundsätzlich gewissenhaft gemäß Handbuch/Beladeplan zu erfolgen.

 

Bei den Trimmklappen gibt es zwei prinzipiell unterschiedliche Bauarten, einmal die klassische Flettnerklappe, bei der die Stellung des Hilfsruders zum Höhenruder ausschließlich von der Stellung des Trimmhebels abhängt, also unabhängig von der Höhenruderstellung ist. Sowas findet man z.B. am Blanik. Das Flettnerruder wird dann von freilaufenden Selzügen und Bowdenzügen (also Seilzügen in flexiblen aber drucksteifen Hüllen) angetrieben. Meist reicht die Reibung in den Bowdenzügen aus, um das System selbsthemmend zu machen, sprich der Trimmhebel wird sich nicht von selbst bewegen.

Bei dieser Bauart wird lediglich der Höhenruderwinkel beeinflusst, bei dem das Rudermoment Null ist, sprich es wird die kraftfreie Ruhelage verändert.

 

Die andere Bauart ist die sogenannte Gegenausschlagsklappe, bei dieser ändert sich die Stellung des Hilfsruders nicht nur mit der Stellung des Trimmhebels, sondern auch mit der Stellung des Höhenruders. Die Hilfsklappe schlägt dabei in die selbe Richtung aus, wie das Höhenruder. Diese Bauart findet man z.B. bei den ganzen alten Schleicher-Doppelsitzern (Ka2b, Ka7, ASK13).

Diese Bauart verändert nicht nur die Ruhelage, sie erhöht auch den Knüppelkraftgradienten. Manchmal werden sogar derartige Hilfsklappen ausschließlich an das Höhenruder gekoppelt, und erhöhen nur den Kraftgradienten. Ist dieser nämlich groß genug, kann auch eine Federtrimmung sinnvoll eingesetzt werden, und die ist in der Bauart sehr viel simpler. Starre Hilfsruder findet man z.B. an der Glasflügel 604 oder an einigen Flugzeugen mit Pendelhöhenruder.

Die Anlenkung des eigentlichen Hilfsruders erfolgt über eine Steuerstange, wobei die Lage der Lagerpunkte so geschickt gewählt ist, daß es zu der gewünschten Überlagerung von Höhenruder- und Hilfsklappenausschlag kommt. Bei einigen Flugzeugen erfolgt die Anlenkung auch über einen Anlenkhebel mit Schlitz, in dem dieser Angelenkt ist. (z.B. DR-400, SHK, ASK16) Die Schlitzhebelanlenkung kann so gebaut werden, daß sie symmetrisch erfolgt, bei der reinen Hebelkinematik gelingt das nicht. Es kann durchaus erwünscht sein, daß das Hilfsruder im Bereich des gezogenen Knüppels (langsamflug, Kurbeln) stärker wirkt, als bei gedrücktem Höhenruder (Schnellflug), in dem Fall ist die Hebellösung schlauer, ausserdem hat man da weniger mit Verschleiß und Spiel (Flattergefahr !) zu kämpfen.

Die Übertragung vom Trimmhebel zur Anlenkung erfolgt über Steuerseile oder Steuerstangen, meist ist am Trimmhebel noch eine separate Reibsperre eingebaut, um das Trimmsystem selbsthemmend zu machen.

 

Der hier schon zitierte Twin II ist übrigens ein schönes Beispiel, für die Vor- und Nachteile der Flettnertrimmung, im Vergleich zum Twin I, der eine reine Federtrimmung hat.

Bei hinteren und mittleren Schwerpunktlagen ist die Trimmung des Twin II der Federtrimmung des Twin I haushoch überlegen, sie ist viel exakter und die Höhenruderkräfte sind rein aerodynamisch, man spürt, was das Flugzeug macht, und nicht was die Feder macht. Die Reibungs-Differenzgeschwindigkeit ist viel kleiner (sprich der Knüppel "zentriert" sich viel exakter in der gewünschten Stellung) und die Ruderkräfte sind geringer.

Bei vorderen Schwerpunktlagen bekommt man im Twin II beim Kurbeln allerdings das Kotzen, dafür ist die Flettnertrimmung nämlich nicht ausgelegt. Trimmt man voll Schwanzlastig schlägt das Hilfsruder voll nach unten aus, und verringert die Höhenruderwirksamkeit (das Höhenruder ist ja nach oben ausgeschlagen) so stark, daß man gar nicht mehr langsam kurbeln kann. Einzige Möglichkeit wirklich langsam zu kurbeln ist : voll kopflastig trimmen (dann unterstützt das Hilfsruder die Höhenruderwirkung) und mit Bärenkräften ziehen. Die Federtrimmung des Twin I ist in diesem Fall haushoch überlegen, ihre Wirksamkeit nimmt bei hinteren Schwerpunktlagen zu.

 

Es gibt auch noch die Servoklappe, bei der sich das Hilfsruder entgegen dem Ruderausschlag bewegt, und die Ruderkräfte so verringert. Sowas habe ich bei Segelflugzeugen noch nicht gesehen, man findet diese Klappen eher an kleineren Verkehrsflugzeugen.

 

Ich glaube, bei der Trimmung gehen die Meinungen der einzelnen Piloten weit auseinander. Ich fand das Trimmrad in der LS6 z.B. sehr angenehm, viele fanden es einfach unmöglich. Viele finden die ASH-25 Trimmung in Ordnung, ich finde sie ist absoluter Mist. (Trimmen geht so : Linke Hand vom Wölbklappenhebel an den Knüppel, rechte Hand vom Knüppel an den Trimmhebel. Kleinen unhandlichen Trimmhebel gut festhalten. Mit links am Knüppel Trimmung entriegeln, mit rechts den kleinen unhandlichen hakenden Hebel so bewegen, das Knüppel kraftfrei wird. Entriegelungshebel wieder loslassen. Rechte Hand wieder an den Knüppel, linke wieder an die Wölbklappe, Höhenruder Betätigen, Trimmverriegelung springt in den nächsten Zahn, dann u.U. nochmal die ganze Prozedur wiederholen). (zugegebenermaßen funktioniert sie in einem gewissen Bereich von Schwerpunktlagen, Wölbklappenstellung und Geschwindigkeit auch tatsächlich wie geplant, aber oft eben nicht, z.B. im Landeanflug, wo ich mir erst recht ein gut ausgetrimmtes Flugzeug wünsche) Oder eben einfach nicht trimmen, damit komme ich auch ganz gut zurecht. Ich bin in der Anfangszeit viele Stunden auf einer Ka8 mit Federtrimmung geflogen, die am schwanzlastigen Anschlag etwa 110 flog, sprich man musste mit Ausnahme des Landeanflugs eigentlich IMMER ziehen. Man gewöhnt sich an allem, auch am Dativ.

 

Gruß

Ralf

[americanflyyer]

Guten Abend

 

vielen Dank. Hat schonmal ein gutes Stück weiter geholfen.

 

@Ralf: Was ist der Unterschied zwischen 'ner Servoklappe und 'nem Flettnerruder?

 

@all: hat jemand eine Skizze von der Mechanik, die in so einem Flettnerruder steckt? Ich hab' zwar eine ungefähre Idee, wie es aussehen könnte, aber ich wüste gerne, ob es auch ist.

Gibt es auch Trimmruder, die ihren Winkel relativ zu Höhenruder (nicht zur Höhenflosse) halten? Wenn ja, wie funktioniert das mechanisch?? Ich hab' keine Idee, wie sowas aussehen könnte.

 

Die Zeichnung der TwinII würde ich so verstehen, dass das Trimmruder in die gleiche Richtung ausschlägt, wie das Höhenruder.

 

PS: diese E-Varios geh'n mir sowas von auf den Sa**!!

[Volume]

Hi Jungs,

 

@all: hat jemand eine Skizze von der Mechanik, die in so einem Flettnerruder steckt?

 

Voila! Hier mal die Mechanik vom V-Leitwerk der SHK :

 

Ich habe definitiv noch irgendwo die Bilder von das ASK16-Mechanik, aber die muß ich erstmal suchen. Wenn ich noch mehr finde, stelle ich noch was hier rein.

 

Gibt es auch Trimmruder, die ihren Winkel relativ zu Höhenruder (nicht zur Höhenflosse) halten? Wenn ja, wie funktioniert das mechanisch?? Ich hab' keine Idee, wie sowas aussehen könnte.

 

Das ist ganz simpel, über Bowdenzug oder Teleflex, die Hülle ist einmal am Rumpf und einmal am (bewegten) Höhenruder befestigt. Das ist wie Bremse am bewegten Fahradlenker :D

 

@Ralf: Was ist der Unterschied zwischen 'ner Servoklappe und 'nem Flettnerruder?

 

Flettner hat eigentlich nur die Wirkung von kleinen Hilfsrudern an großen Steuerflächen erforscht, im Prinzip ist also Flettnerruder der Oberbegriff für alle Hilfsruder. Zuerst sind sie zur Kraftreduktion, also als Servoklappe benutzt worden. Die Anwendung als Kraftverstärkendes Trimmruder kam erst später. Viele benutzen daher den Begriff Flettnerruder als Synonym für Servoklappe. Ich habe keine Ahnung, welches die hochoffiziellen Bezeichnungen für die jeweiligen Klappen heute sind. In verschiedenen Büchern findet man unterschiedliche Bezeichnungen. Vermutlich kann man die Angaben auch nicht immer auf die Goldwaage leegen, wenn in einem Prospekt steht, ein Flugzeug sei mit Flettnerruder ausgerüstet, dann würde ich daraus nicht schließen, welche Bauart denn nun tatsächlich zu finden ist.

Es gibt auch noch im englischen als "Spring Tabs" bezeichnete Hilfsruder, bei der die Verbindung zwischen Haupt- und Hilfsklappe mit einer Feder gemacht ist, und die Anlenkung des Ruders am Hilfsruder erfolgt. Bei kleinen Kräften bewegt man das Ruder, bei großen (die Kraft ist zu groß um das Ruder selbst zu bewegen) verformt man die Feder und das Hilfsruder schlägt so aus, daß das Ruder sich in die gewünschte Position bewegt.

Es gibt also ganz unabhängige Hilfsruder, und solche, die mit dem Hauptruder kinematisch gekoppelt sind.

Die Koppelung gibt es in starr und elastisch, in gleich- und in gegensinnig.

Macht schon 5 verschiedene Namen, die man bräuchte.

 

Gruß

Ralf

[Christian Thomann]

...hat jemand eine Skizze von der Mechanik, die in so einem Flettnerruder steckt?

 

PS: diese E-Varios geh'n mir sowas von auf den Sa**!!

Hallo Joachim

 

Beachte das Bild, welches ich in meiner Antwort oben eingefügt habe und lies den Artikel aufmerksam durch. Das Flettnerruder ganz links wird lediglich mit einem Kabelzug aus dem Cockpit bedient. Dies reicht schon aus, da es ja ziemlich klein ist, aber genug Kraft auf das Höhenruder ausübt.

 

Es gibt ja unterschiedliche E-Varios mit einem anderen Orchester. Man muss sich halt schon daran gewöhnen. Das E-Vario hat unbedingt Vorteile, denn das Ohr ist beim Fliegen untätig und kann dadurch das Auge entlasten. Man hat das Auge dann freu, um den Luftraum zu beobachten. Analog die Stimmausgabe für das FLARM.

[americanflyyer]

guten Morgen ;)

 

also erstmal ganz hetzlichen Dank für die hilfreichen Antworten! Damit kann ich jetzt meinen Vortrag gestalten. Und ich weiß jetzt, wie das funktioniert, mit dem trimmen.

 

nochmals danke

 

da fällt mir gerade doch noch ne frage ein. Bei so einer Federtrimmung wird ein Feder vorgespannt. Das geht in eine Richtung z.B. dass man nich die ganze Zeit ziehen muss. Und wenn ich jetzt tiefe trimmen will? Dafür bräuchte man dann eine zweite Feder, die in die andere Richtung zieht. Aber hat man dann zur Trimmung für jede Feder einen Hebel oder ist das kinematisch irgendwie gekoppelt?

[Volume]

Moin,

 

In aller Regel werden zwei Federn eingesetzt, guckst du z.B. LS7 Wartungshandbuch Seite 7.

 

Nachteil von Federn : sie können brechen. Insbesondere wenn die Konstruktion so #!§%$ ist, daß sie schon beim Einhängen überdehnt werden. Sind relativ stramme Federn mit viel Vorspannung eingebaut, muß man beim Bruch einer dieser Federn ganz schön heftig Höhenrudern. Es ist schwer vorszustellen, wie schwer sich ein Flugzeug steuert, wenn du eine erhebliche Nullkraft auf dem Höhenruder hast, und es praktisch kein "Steuergefühl" im HR mehr gibt. Mir ist im Windenstart mal eine Trimmfeder am Astir gebrochen (die, die drückt). Sehr anregendes Ereignis ! Erst gibt es einen Knall, und der Knüppel, den du gerade noch mit viel Kraft an den hinteren Anschlag gezogen hast, ist plötzlich dort festgewachsen. Erst nach ein paar Sekunden mekt man, daß man ihn mit viel Kraft da doch noch wegbewegen, und das Flugzeug steuern kann. Ist aber kein Spaß !

 

Wenigstens ein Hersteller verbaut derzeit nur eine einzige Schenkelfeder, wenn die bricht hat man halt keine Trimmung mehr, ansonsten fliegt sich alles wie immer. Das ist wohl eine schlauere Lösung, obwohl die Federhersteller verbieten, Schenkelfedern "aufzubiegen", sie dürfen wegen Bruchgefahr nur in Windungsrichtung belastet werden. (Aus dem plastischen Biegevorgang sind auf der Innenseite noch Zug- auf der Aussenseite Druckeigenspannungen vorhanden) Aber offensichtlich funktioniert es in der Praxis.

 

Gruß

Ralf

[Christian Thomann]

...Wenigstens ein Hersteller verbaut derzeit nur eine einzige Schenkelfeder...

Richtig. Das ist ein einfacher Dickdraht, der on der Seite her im 90° Winkel seine Trimmarbeit übernehmen kann. Man verschiebt alse seine Position vor oder zurück, um den richtigen Nullpunkt zu finden.

 

... und die brechen wirklich! Besonders wenn man in Südfrankreich im Lager ist. Knirsch! das haben wir dann kurzfristig mit einer dicken Kabelklemme repariert (Pégase).

[americanflyyer]

hallo zusammen

 

ich habe nun vorhin meinen vortrag gehalten und ich denke, dass es recht gut gelaufen ist. Ich möchte allen, die mich mit Informationen versorgt haben ganz herzlich danken. Ihr wart mir echt eine große Hilfe. Vielen Dank. Hier wird man geholfen:p .