Unterschied Turn & Slip - Indicator und Turn Coordinator

[Stefan_Studi]

Hallo,

 

kann mir jemand den Unterschied in Funktion und Aufbau des, noch in einigen älteren Charterflugzeugen vorzufindenden, Turn & Slip - Indicators und des moderneren Turn Coordinators (Wendezeigers) erklären ?

Laut Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Wendezeiger) liegt der Unterschied im internen Aufbau, beim Turn Coordnator liegt eine Kippung des Kreisels um einen flachen Winkel von 30° zur Flugzeuglängsachse vor, was bei dem älteren Turn & Slip Indicator nicht der Fall ist.

Laut Beschreibung zeigt der ältere T & S - Indicator nur die Drehung um die Hochachse an, nicht aber die Rollrate ??

 

Kann mir das mal jemand genauer erklären ?

--> der ältere Turn & Slip Indicator besitzt doch auf seiner Anzeige auch über der Libellenkugel (die die Drehung um die Hochachse zeigt) eine Strichmarkierung nach links und rechts, die das Rollen um die Längsachse indiziert ?

 

Was bewirkt die unterschiedliche mechanische Anbringung (Kippung des Kreisels um 30°) gegenüber des älteren Systems ?

Wieso wird durch das Kippen um 30° auch die Rollrate angezeigt ?

Beide Kreisel rotieren ja um die Querachse...

 

Danke

 

 

Stefan

[wabis]

 

Beim Wendezeiger ist ein Kreisel mit seiner Kreiselachse quer zur Flugrichtung eingebaut. Der ganze Kreisel lässt sich um die Längsachse des Flugzeugs kippen, wobei eine Feder F die Auslenkung in die Ruheposition zurück stellt. Diese Auslenkung wird am Panel angezeigt.

 

Dreht sich nun das Flugzeug in einer Kurve um seine Hochachse, zum Beispiel nach rechts, wird auch das ganze Instrument, also auch der Kreisel zusammen mit dem Flugzeug in diese Richtung gedreht. Der Kreisel möchte aber aufgrund seiner Trägheit seine Richtung im Raum beibehalten. Durch die Drehung des Flugzeugs um die Hochachse entsteht also eine Kraft D an der Aufhängung der Kreiselachse (am anderen Ende der Kreiselachse natürlich auch, aber in der Gegenrichtung), welche versucht die Kreiselachse mit dem Flugzeug mit zu drehen. Der Kreisel wehrt sich gegen diese Drehung, indem er seine Achse in Richtung des Pfeiles Präzession neigt.

 

Dieses Ausweichen-wollen findet so lange statt, wie das Flugzeug die Kurve fliegt. Würde die Kreiselachse nicht mit einer Feder in ihre Ruhelage zurück gezogen, würde sich der Kreisel aufrichten, bis die Kreiselachse parallel zur Hochachse steht. Die Feder verhindert diese Tendenz. Die Auslenkungstendenz ist umso stärker, je schneller sich das Flugzeug um seine Hochachse dreht. Der Ausschlag des Zeigers ist also proportional zur Drehgeschwindigkeit des Flugzeugs um seine Hochachse.

 

Auch das Rollen um die Längsachse des Flugzeuges bewirkt einen Ausschlag des Wendezeigers aufgrund der Trägheit des Kreisels. Kippt das Flugzeug nach rechts, so zeigt der Wendezeiger ebenfalls einen Ausschlag nach rechts an. Hat das Flugzeug seine Querneigung für den Kurvenflug eingenommen, fällt diese Komponente weg und der Wendezeiger zeigt nur noch den Anteil der Drehung um die Hochachse an.

 

[spekulation an] Bei neuen Wendezeigern zeigt die Neigeachse des Kreisels nicht in Flugrichtung, sondern ist um einige Grad nach oben oder unten geneigt. Eine Drehung des Flugzeugs um sine Längsachse (Rollen) kann mit Vektoraddition in eine Komponente "Hochachse des Kreisels" und eine Komponente "Neigeachse des Kreisels" zerlegt werden. Das bedeutet, dass eine Drehung des Flugzeugs um die Längsachse (Rollen) für den Kreisel wegen der Neigung der Achse nun so aussieht, als würde sich das Flugzeug gleichzeitig ein wenig um die geneigte Hochachse des Kreiselssystems drehen. Durch geeignetes Dimensionieren von Federstärke der Rückholfeder und Neigung der Einbauachse des Kreiselsystems könnten diese Komponenten gerade so eingestellt werden, dass sie den Effekt des Rollens aufheben würde. So würde der Wendezeiger also sauber nur noch die Drehung um die Hochachse des Flugzeuges anzeigen, nicht mehr aber die Drehung um die Längsachse (Rollen) zum Ein-/Ausleiten der Kurve.

 

Confirm?

[Stefan_Studi]

Hallo Walter,

 

hört sich irgendwie plausibel an, deine Spekulation.

Hast Du Literatur, wo dies erklärt wird ... ? .... warum man diese Neigung um die Hoch- oder ist es nicht die Querachse (?) macht ?

Bei einer Drehung um die Hochachse würde doch der Kreisel komplett mit seiner Aufhängung von der Front des Instruments betrachtet nach links oder nach rechts verdreht montiert werden. Laut Bild denke ich, wird der Kreisel beim Wendezeiger bzw. Turn Coordinator nach vorne um 30 ° gekippt, also um die Querachse, die Rollachse. (oder verwirrt mich das ganze mittlerweile etwas ??)

 

Interessant ist, dass in anderer Literatur auch die Rede von der angezeigten Rollrate beim alten Turn & Slide Indicator die Rede ist.....bei Wikipedia ist ja gerade davon die Rede, dass das Kippen um 30 ° beim Wendezeiger (oder auch Turn Koordinator) zusätzlich zur Drehung um die Hochachse auch die Rollratenanzeige ermöglicht ???

 

Ich habe im Internet ausführlichst gesucht, aber nirgens wurde diese 30°-Neigung erläutert, was da genau passiert.

 

Gruß

Stefan

[wabis]

Hallo Stefan

 

Ich habe nun auch noch das Internet nach Infos abgegrast. Ich bin etwas verwirrt. Da steht so viel widersprüchliches und einer schreibt dem anderen ab...

 

Meine Spekulation oben ist wohl nicht korrekt. Es scheint tatsächlich so, dass der alte Turn and Slip Indicator, bei dem der Kreisel nicht geneigt eingebaut ist, NUR die Drehrate um die Hochachse anzeugt, beim Rollen aber KEINEN Auschlag macht.

 

Das verstehe ich nicht: Der Kreisel will doch seine Lage im Raum beibehalten. Also wird er sich gegen die Rollbewegung sperren, was ihm ja leicht fällt, weil der ganze Kreisel ja um die Rollachse gelagert ist, wäre da nicht die Feder, die ihn mitführt. Meiner Meinung nach sollte also auch das konstante Rollen zu einem Ausschlag des Zeigers führen, denn der Kreisel wird quasi per Feder hinterher gezogen. Diese Art des Ausschlages rührt allerdings nicht von der Präzession wie bei der Rotation um die Hochachse. Vielleicht mache ich da einen Überlegungsfehler? Kann mich da jemand aufklären?

 

Zur folgenden Erklärung muss ich ein paar Begriffe genau definieren:

 

- Mit Kreisel meine ich den schnell rotierenden eigentlichen Kreisel.

- Mit Kreiselgehäuse meine ich das Gehäuse mit dem darin einfach kardanisch aufgehängten Kreisel.

- Mit Instrument meine ich den ganzen Wendeanzeiger mit darin (eventuell geneigt) montiertem Kreiselgehäuse.

 

Beim neuen Turn Coordinator ist das Kreiselgehäuse um 30 Grad um die Querachse des Flugzeugs gekippt. Die Längsachse des Keiselgehäuses zeigt also nach vorne oben. Jetzt hat das Kreiselgehäuse also eine um 30 Grad gekippte Hoch- und Längsachse. Die Querachse des Kreisels sebst bleibt jedoch parallel zur Querachse des Flugzeugs. Das Kippen des Kreiselgehäuses bewirkt nun, dass beim Rollen des Flugzeugs um die Längsachse eine Drehimpuls-Komponente um die geneigte Gehäuse-Hochachse UND gleichzeitig eine DrehimpulsKomponente um die geneigte Gehäuse-Längsachse entsteht. Dies kann man zeigen, indem man die Drehimpuls-Achse des Flugzeugs zeichnet und diese vektoriell in die Achsen des Kreiselgehäuses zerlegt. Wenn man nun davon ausgeht, dass der Kreisel nur Drehungen um seine Hochachse zur Anzeige bringt, so bewirkt also das schräge Montieren des Kreiselgehäuses, dass er auch das Rollen anzeigt:

 

Zusammenfassung:

 

Beim alten Turn and Slip Indicator (Kreiselgehäuse horizontal eingebaut):

 

Rollen: Drehung um die Längstachse des Flugzeugs / keine Drehung um die Hochachse des Flugzeugs -> Drehung um die Längsachse des Kreiselgehäuses / keine Drehung um die Hochachse des Kreiselgehäuses -> keine Präzession des Kreisels -> keine Anzeige

 

Kurvenflug: keine Drehung um die Längsachse des Flugzeuges / Drehung um die Hochachse des Flugzeugs -> keine Drehung um die Längsachse des Kreiselgehäuses / Drehung um die Hochachse des Kreiselgehäuses -> Präzession des Kreisels -> Wende-Anzeige

 

Beim neuen Turn Coordinator (Kreiselgehäuse ist geneigt eingebaut):

 

Rollen: Drehung um die Längsachse des Flugzeugs / keine Drehung um die Hochachse des Flugzeugs -> wegen Neigung des Kreiselgehäuses: Komponente einer Drehung um die Längsachse des Kreiselgehäuses plus Komonente einer Drehung um die Hochachse des Kreiselgehäuses wird erzeugt (Vektorzerlegung des Drehimpulses) -> Präzession des Kreisels -> (Bank-)Anzeige

 

Kurvenflug: keine Drehung um die Längsachse des Flugzeuges / Drehung um die Hochachse des Flugzeugs -> wegen Neigung des Kreiselgehäuses: Komponente einer Drehung um die Längsachse des Kreiselgehäuses plus Komponente einer Drehung um die Hochachse des Kreiselgehäuses wird erzeugt (Vektorzerlegung des Drehimpulses) -> Präzession des Kreisels -> Wende-Anzeige

 

Wenn nun eine Drehung um die Längsachse des Kreiselgehäuses, welche keine Präzession bewirkt, auch keine Anzeige bewirkt, so kann diese Komponente ignoriert werden. Die Schräglage bewirkt jedoch, dass sowohl beim Rollen als auch beim Kurvenflug eine Drehimpuls-Komponente um die Hochachse des geneigten Kreiselgehäuses entsteht und somit eine Präzession des Kreisels bewirkt und also eine Anzeige erfolgt.

 

Der Wendezeiger kann jedoch nicht unterscheiden, welcher Anteil vom Rollen und welcher vom Kurvenflug kommt. Da aber die Rollbewegung nur beim Ein- und Ausleiten des Kurvenfluges erfolgt, dazwischen bleibt ja die Querneigung konstant, also keine Rollbewegung, misst man während des Kurvenflugs damit nur noch die Drehrate um die Hochachse des Flugzeugs.

 

Meine Frage an die Fachleute des Forums lautet nun:

 

Kann mir jemand erklären, weshalb eine Rotation um die Längsachse des Kreiselgehäuses nicht zu einem Ausschlag der Anzeige führt? Ich meine, die Trägheit des Kreisels müsste doch bewirken, dass die Feder den Kreisel mit einer bestimmten Kraft in die Rollrichtung zwingen muss und dies müsste doch auch einen Ausschlag des Zeigers geben. Oder wird dies irgendwie kompensiert? Oder mach ich da einen Überlegungsfehler? Gibt es jemand, der hier den Durchblick hat?

[Tigerstift]

Hallo Stefan,

 

Ich spekulliere jetzt auch mal::009:

 

Der Turn & Slip Indicator ist laut meiner Interpretation eine einfache Libelle, also die Kugel im Schauglas

 

Der Turn Coordinator ist der eigentliche Wendezeiger. Also mit Kreisel usw...

[Stefan_Studi]

Hallo Sebastian,

 

in der Literatur ist eigentlich immer die Rede vom alten "Turn & Slip - Indicator" und dem neueren "Turn Coordinator".

Das Turn bezieht sich vermutlich auf die Drehung um die Hochachse, da reagiert beim alten Indicator die Fahne, bei Scheinlotverschiebung (Schmieren, Gieren) die Libellenkugel.

Der neuere Wendezeiger (Turn Coordinator) mit Flugzeug im Schauglas reagiert ja auch am Boden beim Rollen (nicht Rollen um die Längsachse, sondern Rollen am Taxiway), wenn Du kräftig ins Seitenruder trittst. Da reagiert der Gyro und erkennt die Drehung um die Hochachse. Hat dann aber nichts mit dem Rollen um die Längsachse zu tun. Walter hat es ja schon ausführlich erklärt.

Der koordinierte Kurvenflug, also ob die Kurve richtig geflogen wird, hat mit dem Gyro nichts zu tun, das indiziert die Libellenkugel.

 

Interessant ist eben, dass in verschiedener Literatur die Rede davon ist, das auch schon der ältere "Turn & Slip - Indicator" mit Fahne, nicht mit Flugzeug im Schauglas, ausser der Bewegung um die Hochachse auch die Rollrate indiziert. Und das ist ja gerade die Neuerung bzgl. des Wendezeigers (Turn Coordinators), dass er aufgrund einer um 30° verschobenen Anbringung des Kreiselrahmens (Kardanaufhängung) nun auch die Rollrate anzeigen soll.

 

Die technischen Hintergründe, warum man die Achse um 30° kippt und so die Rollrate erhält, wären interessant.

Jede Literatur, die ich kenne, schreibt wie selbstverständlich davon, erklärt wird es aber von keinem Autor, warum diese Kippung die Rollrate ergibt.

 

 

 

Gruß

Stefan

[wabis]

Der neuere Wendezeiger (Turn Coordinator) mit Flugzeug im Schauglas reagiert ja auch am Boden beim Rollen (nicht Rollen um die Längsachse, sondern Rollen am Taxiway), wenn Du kräftig ins Seitenruder trittst.

 

Sowohl der alte als auch der neue Wendezeiger zeigen auch Kurven beim Taxen an. Es spielt keine Rolle, ob in der Luft oder am Boden eine Drehung um die Hochachse passiert.

 

Was aber einen Einfluss haben sollte: Wenn eine Kurve mit 90 Banking geflogen wird, steht die Kreiselachse senkrecht zum Boden und zur Achse, um die eine Kurve geflogen wird. In dieser Lage dürfte also kein Ausschlag mehr generiert werden! Kann dies jemand bestätigen?

 

Ich bekomme immer mehr den Verdacht, dass das einfache Modell oben nicht ganz korrekt ist. Da muss noch mehr im Instrument stecken. Hat niemand einen Bauplan dazu?

[Stefan_Studi]

Leider habe ich kein Flugzeug zum chartern an der Hand, in dem noch ein alter Turn & Slip Indicator integriert ist. Theoretisch dürfte er im Flug bei Einleiten einer Rolle um die Längsachse nichts anzeigen. Dann mit dem Höhenruder das Flugzeug daran hindern, in die Kurve zu gehen und mit dem Seitenruder die Höhe halten. Also Schrägflug ohne Drehung um die Höhenachse.

By the way, da hätte ein als Normalflugzeug ausgelegtes Flugzeug wohl Probleme, aber ein Kunstflieger sollte die 90° Bank schaffen.

Der Wendezeiger zeigt das Rollen an, der Turn & Slip Indicator dürfte sich theoretisch bei dieser Flugfigur nicht rühren. Macht er es, dann wird doch das Rollen durch den ausschliesslich in Längsrichtung angebrachten Gyro auch bei diesem alten Gerät angezeigt. Aber was würden dann die 30° beim Wendezeiger bringen, wenn die Rollrate der alte auch anzeigt ???

 

Stefan