Steuerung und was sie bewirkt

[DaMane]

Im Deep Stall (Sackflug) ist das Flugzeug auf dem wieder ansteigenden Ca Ast jenseits des Auftriebseinbruchs (siehe Technikthread, also irgendwo zwischen 25° und 40°), und ist dort u.U. so extrem stabil, dass er mit keinem konventionellen Steuermanöver da wieder raus zu bekommen ist.

...............

Gruß

Ralf

 

Uuups, das war mir bisher gar nicht bewußt :confused:

Habe Sackflug bisher aber nur auf bekannt gutmütigen Mustern wie C-152 und 172 erlebt, und da genügte yoke-voll-nach-vorne zum problemlosen Ausleiten.

 

Gruß

Manfred

[sirdir]

Mit null Anstellwinkel kommt die Luft von vorn, bei 90 drückt es Dir lotrecht unter die Flügel.

Wieso kommt bei dir denn mit 0 Anstellwinkel die Luft von vorn? Bisher war ich ja der Meinung, dass 0 Anstellwinkel und Fliegen sich nicht sonderlich gut vertragen, aber so langsam versteh ich überhaupt nichts mehr wenn ich diesen Thread lange genug lese.

[sirdir]

Dann halt. Ich dachte eigentlich, ich hätte das ziemlich allgemeinverständlich erklärt. Aber zum Glück muss man das nicht verstehen, um ein Flugzeug bedienen zu können.

 

Was hast du denn genau erklärt? Plötzlich sprachst du von unbeschleunigtem Sinkflug, von dem im ganzen Trhead noch nie die Rede war.

 

Aber egal. Sind wir uns einig, dass wir bei 0 Vorwärtsgeschwindigkeit eine Strömung von unten hätten (i.E. im Flachtrudeln). Bei welcher Vorwärtsgeschwindigkeit wird nun dieser Anteil im Sinkflug plötzlich 0?

[DaMane]

Nö. Ich bin immer noch der Meinung, dass du (auch) eine Strömung von unten hast, wenn du dich nach unten bewegst. Das hat nichts mit 'fliegen' und dessen Druckverhältnissen zu tun, sondern schlicht an der Bewegung durch den Raum.

 

Patrick, hast du eigentlich mein posting #172 gelesen?

Ich sage zwar selber immer, man soll Fliegen nie mit Autofahren vergleichen, aber vielleicht hilft es in diesem Fall: wenn du mit deinem Auto in der Ebene fährst, dann bergauf und bergab, bewegt sich das Auto trotzdem immer parallel zu Straßenoberfläche, die Anströmung erfolgt nur von vorne. Beim Fliegen ist die Flugbahn die Straßenoberfläche.

 

 

Gruß

Manfred

[simones]

Wieso kommt bei dir denn mit 0 Anstellwinkel die Luft von vorn? Bisher war ich ja der Meinung, dass 0 Anstellwinkel und Fliegen sich nicht sonderlich gut vertragen, aber so langsam versteh ich überhaupt nichts mehr wenn ich diesen Thread lange genug lese.

 

 

http://www.heliport.de/fileadmin/templates/_img/physik-lexikon/flugmechanik1.jpg

 

Man beachte bitte Alpha1

 

Du musst das verwechseln mit der Lage des Flugzeuges im Raum oder was auch immer.....

 

Der Anstellwinkel ist Differenz der FLUGRICHTUNG zu der FLUGLAGE des Flugzeuges(also hier die Tragflächen) bezogen auf die Querachse, mal ganz laienhaft ausgedrückt, ohne Wind.

[fm70]

Was hast du denn genau erklärt? Plötzlich sprachst du von unbeschleunigtem Sinkflug, von dem im ganzen Trhead noch nie die Rede war.

 

Aber egal. Sind wir uns einig, dass wir bei 0 Vorwärtsgeschwindigkeit eine Strömung von unten hätten (i.E. im Flachtrudeln). Bei welcher Vorwärtsgeschwindigkeit wird nun dieser Anteil im Sinkflug plötzlich 0?

Ok. Um weitere Missverständnisse soweit wie möglich zu verhindern einigen wir uns zuerst das Bezugssystem. Das einzig sinnvolle für diese Betrachtung ist das Bezugssystem Flugzeug.

 

Dann müssen wir uns darüber einigen, auf welcher Seite der Geschwindigkeitspolare wir uns befinden. Befinden wir und vom Punkt des höchsten Auftriebs*) aus gesehen in Richtung langsam oder in Richtung schnell. Du sprachst von schnell. Beim unbeschleunigten (ich weiss...) Sinkflug verändert sich im genannten Bezugssystem die Anströmung nicht. Wenn Du aber auf einen beschleunigten Sinkflug bestehst, dann allerdings vermindert sich die Anströmung von unten sogar (immer im Bezugssystem Flugzeug).

 

Bewegen wir uns auf der Polare aber in Richtung langsam, dann hast Du tatsächlich recht, dann kommt die Strömung tatsächlich vermehrt von unten. Das war aber nicht Dein Vorschlag, und es wäre auch ein saugefährliches Manöver und zumindest mit den mir bekannten Flugzeugen nicht empfehlenswert zur Korrektur des Gleitpfades.

 

 

*) Korrektur: Das sollte natürlich nicht höchster Auftrieb, sondern bestes Gleiten heissen. Das hat aber keinen Einfluss auf den Rest des Beitrags.

[sirdir]

Bewegen wir uns auf der Polare aber in Richtung langsam, dann hast Du tatsächlich recht, dann kommt die Strömung tatsächlich vermehrt von unten. Das war aber nicht Dein Vorschlag, und es wäre auch ein saugefährliches Manöver und zumindest mit den mir bekannten Flugzeugen nicht empfehlenswert zur Korrektur des Gleitpfades.

 

Vermehrt. Meine Frage war ja: Wann ist es 0?

Ach, ich geb auf. Egal. War eh nur ein Nebenkreigsschauplatz.

[PeterH]

Sorry, genau das Gegenteil ist der Fall. Im Deep Stall (Sackflug) ist das Flugzeug auf dem wieder ansteigenden Ca Ast jenseits des Auftriebseinbruchs (siehe Technikthread, also irgendwo zwischen 25° und 40°), und ist dort u.U. so extrem stabil, dass er mit keinem konventionellen Steuermanöver da wieder raus zu bekommen ist. Bei genug Höhe kann man das Flugzeug evtl raus rollen, aber dabei besteht immer die Gefahr ins ebenfalls sehr stabile Trudeln zu kommen.

Was du beschreibst ist Abkippen über die Nase im Bereich nach dem ersten Ca max (üblicherweise als Überziehen bezeichnet), in dem Fall ist d(CA)/d(alfa) <0 und die Bewegung nach unten mit ansteigendem Anstellwinkel führt zu einer weiteren Abwärtsbewegung, das Flugzeug kippt mangels Stabilität nach vorne um und fällt runter.

 

Gruß

Ralf

 

Ja, ich meinte den Bereich "hinter" dem kritischen cA, Werte von 25 Grad und darüber habe ich garnicht betrachtet - das Adjektiv "deep" hatte ich falsch interpretiert (den Fehler hab' ich auch nicht zum erstenmal gemacht, sorry). Also besser allgemein: Positive Rückkoppelung (instabiler Regelkreis) bei negativer Steigung, negative Rückkoppelung (stabiler Regelkreis) bei positiver Steigung der Kurve cA gegen alfa.

 

Gruß

Peter

[Dierk]

Wieso kommt bei dir denn mit 0 Anstellwinkel die Luft von vorn? Bisher war ich ja der Meinung, dass 0 Anstellwinkel und Fliegen sich nicht sonderlich gut vertragen

 

Du musst das Referenzsystem Flugzeug-Erde und Flugzeug-Umgebende Luft unterscheiden.

 

Stell' dir mal vor, du machst einen kleinen Parabelflug. Ausgangslage: du bist in einem steilen Steigflug, nun drückst du ruckartig die Nase nach unten. Dein Ziel ist Auftriebsbeiwert Null für das System Flugzeug (und ein leicht negativer Auftriebsbeiwert für den Flügel, um den positiven Auftrieb durch den Rumpf auszugleichen). Also insgesamt Null Auftrieb. Ab dem Moment, in dem du das Manöver beginnst, soll das Flugzeug sich von der Flugbahn wie ein durch den Luftleeren Raum geschossenes ballistisches Wurfgeschoss verhalten, denn nur dann ist dein Gewicht im Pilotensitz Null und du kannst dein Flugbuch über dem Sitz des Copiloten schweben lassen (zumindest theoretisch).

 

Am Anfang hast du also vielleicht einen Steigflug mit 10 Grad Richtung Mond von der Erde weg (Flugrichtung relativ zur Erde, hat nichts mit dem Anstellwinkel zu tun) und beginnst dein Parabelflugmanöver durch ruckartiges Drücken und leicht gedrückt halten. Die Flugrichtung ändert stetig mit gleichmässiger negativer Vertikalbeschleunigung nach unten - wenn dein Flugbuch in der Kabine schweben soll muss die gewählte Vertikalbeschleunigung natürlich mit der Erdbeschleunigung identisch sein. Deine Richtung relativ zur Erde ändert relativ stark, so wie ein Parabelbogen (stell dir einen Pissbogen vor, anfangs etwas nach oben gerichtet).

 

Den Anstellwinkel veränderst du am Anfang des Manövers nur deswegen ruckartig, um aus einem Steigflug mit maximalem Auftrieb in einen auftriebslosen Steigflug zu gelangen. An der Spitze der Parabel hat man einen momentanen auftriebslosen Geradeausflug. Danach geht es in einen auftriebslosen Sinkflug. Während der ganzen Zeit des Parabelflugs ist der Anstellwinkel ansonsten fast identisch und gering negativ (also Abtrieb durch den Flügel = Auftrieb durch den Rumpf), mit zunehmender Airspeed wird der Abtrieb des Flügels grösser, um den mit zunehmender Airspeed grösser werdenden Auftrieb des Rumpfs auszugleichen. Das ganze muss präzise mit der Motorleistung und dem Höhenruder koordiniert werden, am Anfang nimmt man Motorleistung raus, da Sinken gewünscht ist, dann muss stetig Motorleistung erhöht werden und gegen die Steigtendenz gedrückt werden - die Motorleistung ist notwendig, damit das Flugzeug im Sinkflug trotz zunehmendem Luftwiderstand stetig schneller werden kann.

 

Die Strömung kommt während dem ganzen Parabelbogen (also dem auftriebslosen "Fall") von vorn und leicht von oben (wo sie genau herkommt hängt vom Einstellwinkel, dem Verhältnis Auftrieb durch Rumpf zu Abtrieb durch Flügel, der Airspeed und Motorleistung ab).

[sirdir]

mit zunehmender Airspeed grösser werdenden Auftrieb des Rumpfs auszugleichen.

 

Na, dann stimmt wenigstens der Teil meiner Überlegung...

[Volume]

Auftrieb des Rumpfs

Der Rumpf ist sozusagen ein Flügel mit extrem geringer Streckung und extrem großen Winglets :D

Wie man im Messerflug sehen kann, ist so ein Rumpf bei entsprechendem "Anstell"winkel und Speed sogar in der Lage, das Flugzeug zu tragen.

 

Gruß

Ralf

[Owndy]

Naja, wenn du magst. IMHO nur indirekt. IMHO hat es damit zu tun, dass sich der Körper nach unten bewegt und somit die unter ihm liegende Luftmasse verdrängen muss. Der Anstellwinkel hat mehr damit zu tun, wie schnell und in welchem Winkel das passiert.

 

Also ich versuchs nochmal zu erklären.

 

AoA = Winkel zwischen Chordline und der Richtung, aus der die Luft kommt, siehe hier:

 

- Cruise 120 KIAS: Airflow kommt horizontal. Bei einer Pitch sagen wir +5° wäre auch der AoA +5°.

 

- Sinkflug auf einem 3°-Profil (ILS what ever) 120 KIAS: Airflow kommt nun von -3°, also von unten. Der AoA muss wegen gleicher Aispeed gleich groß sein. Pitch ist also noch +2°.

 

- +5°-Steigflug 120 KIAS: Airflow kommt von +5°, AoA wie gehabt +5°. -> Pitch hier +10°.

 

Luft verdrängen muss der Flieger dabei nicht mehr oder weniger.

Der descend / climb kommt druch einen Mangel / Überfluss an Schub zustande.

 

 

 

Bisher war ich ja der Meinung, dass 0 Anstellwinkel und Fliegen sich nicht sonderlich gut vertragen, aber so langsam versteh ich überhaupt nichts mehr wenn ich diesen Thread lange genug lese.

 

Ein positiv gekrümmtes Profil (wie das auf dem Bild oben) erzeugt bei 0° AoA immer noch Auftrieb, erst bei einem bestimmten negativen AoA ist cL=0.

Symmetrische Profile haben bei 0° AoA keinen Auftrieb, siehe Rechte Spalte mitte:

 

 

 

 

(Ich hab bei den Beispielen Angle of Incidence und Schubeffekte mal rausgelassen, soll ja exemplarisch um den AoA gehen)

[DaMane]

 

- Sinkflug auf einem 3°-Profil (ILS what ever) 120 KIAS: Airflow kommt nun von -3°, also von unten. Der AoA muss wegen gleicher Aispeed gleich groß sein. Pitch ist also noch +2°.

 

 

Alles richtig, bis auf die Aussage, daß die Luftströmung/Airflow 'nun....also von unten' kommt. Weil der AOA unverändert bleibt, verändert sich auch die Anströmung nicht.

 

Gruß

Manfred

[Dierk]

 

- Cruise 120 KIAS: Airflow kommt horizontal. Bei einer Pitch sagen wir +5° wäre auch der AoA +5°.

 

- Sinkflug auf einem 3°-Profil (ILS what ever) 120 KIAS: Airflow kommt nun von -3°, also von unten. Der AoA muss wegen gleicher Aispeed gleich groß sein. Pitch ist also noch +2°.

 

- +5°-Steigflug 120 KIAS: Airflow kommt von +5°, AoA wie gehabt +5°. -> Pitch hier +10°.

 

 

Hm, hier fehlt die Referenz. Ich verbessere mal:

 

- Cruise 120 KIAS: Die Flugrichtung ist (für einen Fussgänger auf der Erde und den Piloten) horizontal, das Flugzeug hat jedoch eine Pitch von +5° und bei Einstellwinkel 0° entspräche der AoA der Pitch, das Flugzeug fliege also angestellt mit +5°. Relativ zum Flugzeugrumpf und zum Flügel gibt es eine Anströmung von -5° (Rumpf und Flügel werden also von vorn/unten angeströmt). Ein Fussgänger auf der Erde macht ein Photo und behauptet dann, das Flugzeug wäre mit +5° angestellt, was zufällig stimmt.

 

- Sinkflug auf einem 3°-Profil (ILS what ever) 120 KIAS: das Flugzeug fliegt relativ zur Erde mit -3° nach unten, relativ zum Flugzeugrumpf und zum Flügel gibt es eine Anströmung von weiterhin -5° (Rumpf und Flügel werden also von vorn/unten angeströmt, es hat sich im Vergleich zum Levelflug in der Anströmung nichts geändert, würde man am Flügel Wollfäden ankleben, und der Pilot könnte nur die Wollfäden, und nicht die Erde sehen, würde er im Vergleich zum Levelflug keine Änderung bemerken). Der AoA muss wegen gleicher Aispeed gleich groß sein. Pitch relativ zur Bewegung durch die Luft ist also weiterhin +5°, ein Fussgänger auf der Erde macht wieder ein Photo und würde dann das Flugzeug als "+2° angestellt" beurteilen.

 

- +5°-Steigflug 120 KIAS: das Flugzeug fliegt relativ zur Erde einen +5° Steigflug, relativ zum Flugzeugrumpf und Flügel gibt es wie gehabt eine Anströmung von -5° (Rumpf und Flügel werden also wieder von vorn/unten angeströmt), an den Wollfäden würde der Pilot wiederum keine Änderung bemerken, AoA wie gehabt +5° relativ zur Bewegung durch die Luft, der Fussgänger mit seiner Kamera würde jedoch bei Betrachtung des Photos behaupten, das Flugzeug wäre mit "+10°" angestellt.

[simones]

Das liest sich mittlerweile wie die Abhandlung der Relativitätstheorie ....:009:

[DaMane]

Das liest sich mittlerweile wie die Abhandlung der Relativitätstheorie ....:009:

 

....nun untertreib' mal nicht gleich so .... :eek:

 

Gruß

Manfred

[Owndy]

Alles richtig, bis auf die Aussage, daß die Luftströmung/Airflow 'nun....also von unten' kommt. Weil der AOA unverändert bleibt, verändert sich auch die Anströmung nicht.

 

Gruß

Manfred

 

.. bezogen auf die Horizontalebene, das hätte ich vielleicht noch dazusagen können. ;)

[DaMane]

.. bezogen auf die Horizontalebene, das hätte ich vielleicht noch dazusagen können. ;)

 

Na ja, in den letzten xx Beiträgen dieses threads versuchen wir doch gerade herauszuarbeiten, daß die Horizontalebene im Zusammenhang mit dem AOA vollkommen irrelevant ist, und somit in der Betrachtung auch nichts verloren hat.

 

Gruß

Manfred

[PeterH]

Das liest sich mittlerweile wie die Abhandlung der Relativitätstheorie ....:009:

 

Nöö... die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) ist tatsächlich mathematisch recht einfach (vier Grundrechenarten und die Wurzel, mehr braucht's nicht) :008:

 

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) ist mathematisch allerdings VIEL schwieriger (Tensorrechnung) :004:

 

Gruß

Peter

[Hans Tobolla]

Na ja, in den letzten xx Beiträgen dieses threads versuchen wir doch gerade herauszuarbeiten, daß die Horizontalebene im Zusammenhang mit dem AOA vollkommen irrelevant ist, und somit in der Betrachtung auch nichts verloren hat.

 

Vollkommen irrelevant? Das ist so allgemein ausgedrückt nicht richtig, weil das Flugzeug mit seiner Masse im Gravitationsfeld der Erde bewegt wird.

 

Gruß!

 

Hans

[DaMane]

Vollkommen irrelevant? Das ist so allgemein ausgedrückt nicht richtig, weil das Flugzeug mit seiner Masse im Gravitationsfeld der Erde bewegt wird.

 

Gruß!

 

Hans

 

Ich will ja nicht bestreiten, daß sich der Einfluß er Gravitation mit dem Abstand zu Erdoberfläche verändert (0,01% pro km?), aber ich halte den Grad der Veränderung in der Betrachtung für vernachlässigbar . :rolleyes:

 

Gruß

Manfred

[Owndy]

Na ja, in den letzten xx Beiträgen dieses threads versuchen wir doch gerade herauszuarbeiten, daß die Horizontalebene im Zusammenhang mit dem AOA vollkommen irrelevant ist, und somit in der Betrachtung auch nichts verloren hat.

 

 

 

Naja um Patricks (sirdir) Frage zum Thema Sinken/Luft verdrängen etc zu beantworten ist das wohl schon wichtig, meinst du nicht?:)

[Hans Tobolla]

Na ja, in den letzten xx Beiträgen dieses threads versuchen wir doch gerade herauszuarbeiten, daß die Horizontalebene im Zusammenhang mit dem AOA vollkommen irrelevant ist, und somit in der Betrachtung auch nichts verloren hat.

 

 

Manfred, wie so oft sehe das mal wieder anders.

 

Ein Flug in der Horizontalebene ist ein Sonderfall neben den vielen Winkeln, die ein Flugzeug oberhalb und unterhalb der Horizontalen fliegen kann. Genau genommen muss man zur Bestimmung des Anstellwinkels neben den vielen anderen Größen auch wissen, in welchem Winkel die Flugbahn zur Horizontalen steht. Die Horizontale ist eine ganz wichtige Bezugsrichtung.

 

Dazu ein Beispiel:

 

Ein Fighter fliegt mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Flugbahn 30° über dem Horizont.

 

Dabei gleicht der Schub vom Triebwerk schon einen kleinen Teil der Gewichtskraft aus, so dass die Tragflächen weniger Auftrieb erzeugen müssen als im Horizontalflug.

 

Näherungsweise Berechnung:

 

Auftrieb bei 30° = Flugzeuggewicht *cos 30° ; cos 30° = 0,86

 

Der Auftrieb im Steigflug ist um den Faktor 0,86 geringer als im Horizontalflug. Dann ist auch der Anstellwinkel geringer als im Horizontalflug.

 

 

Gruß!

 

Hans

[Volume]

Ja, so kann man es auch sehen.

Nun ist der Fighter natürlich ein ziemlich krasses Beispiel, in der PPL-Corner Fliegen wir mit Schub-Gewichts Verhältnissen von 0.1-0.2 rum, und mit (stationären) Flugbahnwinkeln von +/- 5°.

Von daher fliegen wir bei Cosinüssen zwischen 1 und 0.9962 und Sinüssen zwischen -0.087 und 0.087 rum. Selbst im schlimmsten Fall ist also der Sinusterm noch unter 8.75% des Cosinusterms, und kann daher oft vernachlässigt werden.

Andererseits kann sich der dominante Cosinusterm um maximal 0.38% ändern, der Sinusterm allerdings praktisch unendlich stark (da er ja auch null sein kann).

Bei der Neigung der Horizontalebene ändert sich die Komponente der Gewichtskraft enorm, da dies eine vom Sinus abhängende Größe ist. Und die 8.75% die wir hier maximal angesetzt haben liegt in der Größenordnung des Schub-Gewichts Verhältnisses.

Bei den hier grob angesetzten Zahlen kann sich also die Gewichtskraftkomponente in der Horizontalebene von ungefähr minus 40-80% des Schubs bis zu plus 40-80% des Schubs verändern. Das ist ein gewaltiger Einfluss !

 

Wenn wir nun mal nicht den Term Horizontalebene benutzen, sondern Flubahnwinkel, dann definieren wir die Widerstandsrichtung parallel dazu nach hinten, die Auftriebsichtung senkrecht dazu nach oben.

Nehmen wir nun mal an, der Anstellwinkel und der Sturz des Motors liegen unter 10°, dann ist die in Flugbahnrichtung wirkende Schubkomponente minimal 1.5% kleiner (oder 98.5% des Schubs wirken in Längsrichtung), das wollen wir mal vernachlässigen und annehmen, der Schub wirkt in Flugbahnrichtung.

In dem Fall lautet das Kräftegleichgewicht für die Flugbahnrichtung:

Schub = Widerstand + Gewicht * sin (Flugbahnwinkel), Flugbahnwinkel im Steigflug positiv

oder

sin (Flugbahnwinkel) = (Schub - Widerstand) / Gewicht.

Flugbahnwinkel = ArcSin((Schub - Widerstand) / Gewicht)

 

Was man sofort sieht :

* Schub = Widerstand bedeutet Flugbahnwinkel = 0, Horizontalflug

* Schub > Widerstand bedeutet Flugbahnwinkel > 0, Steigflug

* Schub < Widerstand bedeutet Flugbahnwinkel < 0, Sinkflug

* Die Fahrt kommt in dieser Gleichung nicht direkt vor (indirekt steckt sie sowohl im Schub, als auch im Widerstand drin)

 

Also: Solange ich die Fahrt konstant halte (und das wird durch das Kräftegleichgewicht senkrecht zur Flugbahnrichtung mit dem Anstellwinkel verknüpft, dieser wird über das Momentengleichgewicht mit dem Höhensteuer, allerdings auch mit dem Momenteinfluss des Antriebs verknüpft) macht mehr Schub immer mehr Steigen / weniger Sinken, und weniger Schub immer weniger Steigen, mehr Sinken.

Steigen/Sinken wird über den Schub geregelt. Jede Zusatzkraft in Längsrichtung neigt die Flugbahn, produziert also bei konstanter Geschwindigkeit proportional (über den Arcsin) Steigen/Sinken. Jede zusätzliche Längskraft verschiebt die Geschwindigkeitspolare vertikal, wenn man Arcsin = Arctan ansetzt (was bei +/-5° 0.3% Fehler macht)

 

Bei Militärflugzeugen mit Schub > Gewicht reden wir dann irgendwann zwar noch von Flugmechanik, aber nicht mehr von Aerodynamik...

 

Gruß

Ralf

[DaMane]

Naja um Patricks (sirdir) Frage zum Thema Sinken/Luft verdrängen etc zu beantworten ist das wohl schon wichtig, meinst du nicht?:)

 

Nur um die Frage nicht unbeantwortet zu lassen: nein.

 

Gruß

Manfred

 

PS: damit kein falscher Eindruck entsteht, Patricks (sirdir) Frage ist natürlich wichtig bzw. berechtigt, aber ich halte sie eigentlich für beantwortet.