Pitch und AOA

[DaMane]

Während der Rotation greift ja auch noch eine Kraft am Hauptfahrwerk an, die in freien Flug dann wegfällt. Während des schnellen Rollens gucken die Flugmechaniker lieber weg, Kräfte an Flügel und Fahrwerk auf einmal sind einfach zu kompliziert ;)

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

Vielleicht bedarf es deshalb auch manchmal einer Vereinfachung auf das Wesentliche, um ein Grundverständnis überhaupt zu ermöglichen ;) Stimmst du mir wenigsten zu, daß die Rotation am Boden sich nicht um den Schwerpunkt dreht?

 

Ein fliegendes Flugzeug ist nirgens mechanisch fixiert oder gestützt, es schwebt frei im Raum.

Ralf, ich habe großen Respekt vor deinem Fachwissen, aber mit dieser Aussage  habe ich ein Problem :o. Ohne Auftrieb wird wohl nicht viel sein mit 'frei schweben im Raum', und wir reden doch über den - tatsächlichen, imaginären oder was auch immer - Angriffspunkt es aerodynamischen Auftriebes. Nichts anderes wollte ich damit umschreiben.

 

Noch ein Anlauf:

 

Wenn Steuerkräfte des Höhenleitwerkes das Flugzeugheck aus der Normallage nach oben oder unten drücken, muß doch am entgegengesetzten Ende des Hebelarmes eine Achse sein, die sich irgendwo mechanisch abstützen muß  (sonst ließe sich ja das ganze Flugzeug um die Achse des Höhenruders schwenken :o)? Wo denn, wenn nicht am Angriffspunkt des Auftriebes?

 

Gruß

Manfred

Bearbeitet 16. Januar 2015 von DaMane

[Volume]

 

;) Stimmst du mir wenigsten zu, daß die Rotation am Boden sich nicht um den Schwerpunkt dreht?

Stimmst du mir zu, das wir am Boden nicht von Flugmechanik sprechen ;)

 

 

Ohne Auftrieb wird wohl nicht viel sein mit 'frei schweben im Raum', und wir reden doch über den - tatsächlichen, imaginären oder was auch immer - Angriffspunkt es aerodynamischen Auftriebes. Nichts anderes wollte ich damit umschreiben.

OK, dann lass mal ein Modellflugzeug in der ISS schweben, und gib eine Kraft auf das Höhenleitwerk. Um welchen Punkt dreht sich die Masse ?

 

 

Wo denn, wenn nicht am Angriffspunkt des Auftriebes?

Und was machst du im senkrechten Sturzflug (Auftrieb = 0)? Reagiert das Flugzeug dann überhaupt auf das Höhenruder, wenn es doch nichts hat, um das es drehen kann, weil manges Auftrieb ja auch kein Angriffspunkt existiert ? Weil es sich ja uach überhaupt nicht "mechanisch abstützen" kann ?

Glaub mir, die meisten Massen drehen um ihren Schwerpunkt, wenn man ein Moment darauf ausübt ;)

 

Wenn wir aber partout Haare spalten wollen (und bei mir ist da noch eine Menge zu spalten!), dann muss man natürlich bedenken, dass allgemein jede auf eine Masse  ausserhalb des Schwerpunkts angreifende Kraft zwei Dinge tut:

- Sie beschleunigt die Masse (Effekt der Kraft), sie fängt an sich in Kraftrichtung zu bewegen

- Sie dreht die Masse um den Schwerpunkt (genaugenommen beschleunigt sie die Masse rotatorisch).

In der Kombination dreht die Masse um einen Momentanpol (für Kurze Krafteinwirkung auch "Stoßmittelpunkt") genannt, der irgendwo auf der dem Schwerpunkt abgewandten Seite des Kraftangriffs liegt (in der Formel kommen Masse, Massenträgheitsmoment und Hebelarm vor).

 

Ein Flugzeug mag es nun aber nicht, beschleunigt zu werden, es reagiert darauf mit einer Änderung der Flugbahn, was wiederum den Anstellwinkel und damit den Auftrieb ändert. Zu jeder Höhenleitwerkskraft stellt sich also sehr schnell auch eine Änderung des Auftriebs ein. Der wiederum "verhindert" die linearbeschleunigung der Masse weitgehend, was bleibt ist die Drehbeschleunigung um den Schwerpunkt.

Wenn wir das aber ganz genau beschreiben wollen, müssen wir mit gekoppelten nichtlinearen Differentialgleichungen hantieren, und dazu habe ich keine Lust. :004:

 

Gruß

Ralf

[DaMane]

Hallo Ralf,

 

ich möchte dich mit meinem Nachbohren nicht ärgern oder provozieren, und bin, auch wenn es manchmal so den Anschein haben sollte, nicht auf's Haare spalten aus :)

 

 

.......

Wenn wir das aber ganz genau beschreiben wollen, müssen wir mit gekoppelten nichtlinearen Differentialgleichungen hantieren, und dazu habe ich keine Lust. :004:

..........

....und da wäre ich schon lange vorher 'ausgestiegen', weil ich nicht mehr mitreden kann. 

 

 

Und was machst du im senkrechten Sturzflug (Auftrieb = 0)? Reagiert das Flugzeug dann überhaupt auf das Höhenruder, wenn es doch nichts hat, um das es drehen kann, weil manges Auftrieb ja auch kein Angriffspunkt existiert ?

Das ist evtl. der entscheidende Hinweis darauf,  ab wo, und warum unsere Vorstellungen auseinander gehen.

Mit 'Auftrieb' meinte ich immer die aerodynamisch erzeugte Kraft, die in etwa (ich drücke mich nun vorsichtig aus) rechtwinklig auf den Neutralpunkt einwirkt, unabhängig von der Fluglage im Raum (dachte aber, ich hätte das schon mal erwähnt). Nach meinem Verständnis wird ein Flugzeug auch aus dem senkrechten Sturzflug durch entsprechende Höhenruder-Eingaben abgefangen (hat bei mir in der Praxis zum Glück immer so funktioniert ;) ), und - jetzt kommt's! - wenn es ein Segelflugzeug mit langen Flügeln wäre, würde man die einwirkende Kraftumlenkung deutlich an den durchbiegenden Tragflächen erkennen (weil sich direkt am Schwerpunkt ja keine aerodynamisch wirksamen Flächen befinden). Aber das weißt du ja besser als ich, mir fehlt nur einfach der - für mich - verständliche Bezug zwischen Schwerpunkt und "Richtwirkung".

 

Gruß

Manfred

Bearbeitet 16. Januar 2015 von DaMane

[Dierk]

Den Flugbahnwinkel in ruhender Luft könnte man anzeigen, ziemlich interessant, das nie jemand ein betreffendes Instrument erfunden hat. Es wäre ja nur eine Kombination aus Variometer und Fahrtmesser. Sicherlich anspruchsvolle Feinmechanik, aber einfacher machbar als eine AoA Sonde an typischen Einmots. AoA kann man auch als kombination aus g-Messer und Fahrtmesser ermitteln, nur müsste man dazu auch die Flugzeugmasse kennen, bei unseren konventionellen Einmots kaum realisierbar.

 

gibt's doch schon

 

http://www.dynonavionics.com/docs/D10A_Feature_AOA.html

[Chipart]

gibt's doch schon

 

http://www.dynonavionics.com/docs/D10A_Feature_AOA.html

 

Nein - Das System von Dynon misst ganz traditionell den Tatsächlichen AOA. Nur macht es das nicht mechanisch, sondern indem es den Staudruck in zwei verschiedenen Richtungen misst (also quasi den Staudruckvektor) und daraus den AoA berechnet. Als Nebeneffekt kann man damit auch die Geschwindigkeit noch genauer anzeigen, weil man einen AoA-Unabhängigen Staudruck ausrechnen kann.

 

Florian

[Volume]

 

Nein - Das System von Dynon misst ganz traditionell den Tatsächlichen AOA

Nein, Das System von Dynon misst den lokalen Strömungswinkel am Einbauort. Heftig gestört durch den Propellerstrahl, den Flügel und was auch immer (kommt halt darauf an, wo man ihn einbaut).

Sicherlich besser als nichts (es geht ja nicht darum, wissenschaftlich korrekt absolute Winkel zu messen, sondern einen praktisch relevanten relativ zu einem kritischen), aber bei weitem nicht ideal. Sobald dein Anzeigefehler von der Motorleistung oder von der Landeklappe beeinflusst werden, hast du schon 90% des Werts der AoA Anzeige verloren.

Es ist schon eine Kunst, den statischen Druck irgendwo hinreichend genau zu messen, AoA ist noch komplizierter.

 

Gruß

Ralf

[Brufi]

Falls jemand so einen Sensor à la Dynon in den Propellerstrahl hineinbaut, ist es natürlich schon ein wenig schade um den vielen Aufwand.

Auch direkt unter dem Tragflügel eingebaut, so wie an vielen Flugzeugen das Pitotrohr, wird die AoA-Messung wohl nicht besonders aussagekräftig sein.

Hingegen habe ich standardmässig am Pilatus PC-7 ein AoA-Vane (Windfahne mit Winkeltransmitter) gesehen, welches an einer Sonde etwa 20 cm vor der Eintrittskante des Tragflügels angebracht ist. Mit so einer Anordnung lässt dich ganz bestimmt eine sinnvolle Messung und Anzeige bewerkstelligen.

 

Gruss

 

Philipp

Bearbeitet 5. Mai 2015 von Brufi

[Chipart]

Nein, Das System von Dynon misst den lokalen Strömungswinkel am Einbauort.

Kennst Du ein System, das etwas anderes misst, als lokalen Strömungswinkel am Einbauort?

 

Florian

[PeterH]

...

 

Hingegen habe ich standardmässig am Pilatus PC-7 ein AoA-Vane (Windfahne mit Winkeltransmitter) gesehen, welches an einer Sonde etwa 20 cm vor der Eintrittskante des Tragflügels angebracht ist. Mit so einer Anordnung lässt dich ganz bestimmt eine sinnvolle Messung und Anzeige bewerkstelligen.

 

Gruss

 

Philipp

 

Das ist sicher sehr sinnvoll, wenn es einem nicht auf die letzten 0.5 Grad Genauigkeit ankommt. Aber je nach Flügeltiefe (EDIT: und Pfeilung) ist die Strömung auch 20 cm vor der Eintrittskante natürlich nicht völlig ungestört. Eigentlich gehört so ein Vane idealerweise an einen Boom WEIT vor den Bug, aber wer (außer bei Jet-Prototypen) macht das schon so... ;)

 

Gruß

Peter

Bearbeitet 5. Mai 2015 von PeterH

[Volume]

 

Kennst Du ein System, das etwas anderes misst, als lokalen Strömungswinkel am Einbauort?

 

Kennst du jemanden, der sich für den lokalen Strömungswinkel am Einbauort interessiert?

 

 

Hingegen habe ich standardmässig am Pilatus PC-7 ein AoA-Vane (Windfahne mit Winkeltransmitter) gesehen, welches an einer Sonde etwa 20 cm vor der Eintrittskante des Tragflügels angebracht ist.

Das mag für eine PC-7 ganz OK sein, für ein Flugzeug das ständig nahe an der Mindestfahrt betrieben wird (z.B. Segelflugzeuge) bringt das gar nichts. Eine derartige Anordnung ist im Bereich anliegender Strömung gut kalibrierbar, aber sobald die ersten Ablösungen auftreten, wird die Anzeige unbrauchbar. Und genau dann wollen wir sie ja haben.

 

 

Eigentlich gehört so ein Vane idealerweise an einen Boom WEIT vor den Bug

Exakt, aber das ist halt nur bei Zweimots, Pushern oder Jets möglich. Und auch dann würde sie ständig jemand im Hangar ramponieren...  Ich habe ja schon mehrfach gesagt, wenn unsere Altvorderen nie Einmots mit Propeller in der Rumpfnase erfunden hätten, würden wir heute mit einer anderen Standardinstrumentierung fliegen. Denn man ganz ehrlich, wen interessiert IAS? Für den Flugzustand (z.B. bestes Gleiten, steilstes Steigen, größte Reichweite, Überziehen) ist AoA viel Aussagekräftiger (da gewichtsunabhängig), für die Flugplanung die Groundspeed. Es war halt eine Frage des möglichen, nicht des sinnvollen, die das entschieden hat.

 

Aber vielleicht tut sich da ja auch nochmal technologisch was, zumindest theoretisch und im Windkanal bzw. im Flugversuch gibt es da inzwischen perfekte optische Messmethoden, ganz ohne bewegliche Teile (Stichwort: Laser Doppler Anemometrie). Damit kann man die Flugzeuganströmung perfekt erfassen (Richtung und Geschwindigkeit). Wer hätte vor 25 Jahren geglaubt dass wir mit unserer Armbanduhr unseren Aufenthaltsort auf dem Globus bestimmen können würden, oder dass man tragbare Laser mit Knopfzellen betreiben kann. Vielleich wissen wir in 25 Jahren genau, wie wir uns in der Luft bewegen.

 

Gruß

Ralf

[burton1224]

Sorry Florian,

 

dein Beitrag offenbart ein ganz grundlegendes Unverständnis der Flugmechanik. Setz dich mal mit einem - oder evtl auch anderen - Fluglehrer deines Vertrauens zusammen, um das aufzuklären. Auch wenn du der  - zum Glück noch - lebende Beweis dafür bist, daß man heutzutage auch ohne dieses Verständnis fliegen kann,  kann es für ein langes Fliegerleben mit Sicherheit nicht schaden, das zu vertiefen.

 

Hals- und Beinbruch

Manfred

Recht hat er ja schon Winde kannst du nicht beeinflussen und die haben einen Einfluss auf den AOA Sensor.

Wobei mit dem Vertstellen von Schub und Pitch kann man den AOA beieinflussen. Aber man hat eben keine 100% Kontrolle darüber.

Bearbeitet 10. Juli 2015 von burton1224

[burton1224]

Hallo zusammen,

 

irgendwie komme ich nicht dahinter, wo der Unterschied zwischen den ist.

 

Der AOA ist der Winkel mit dem die vordere Tragfläche im Verhältnis zur Luftstömung angeströmt wird.

 

Der Wert wird von den Alpha Vanes gemessen.

 

Der Pitch ist der Winkel zur Längsachse des Flugzeugs.

 

Wodurch ergibt sich denn Unterschied der beiden Werte?

 

Kann es sein, dass Pitch als Referenz den Horizont hat, welcher durch das IRS ermittelt wird?

 

Blöde Frage,ich weiß. Aber würde mich freuen über eine kleine Erklärung.

 

 

 

Best Regards/ Beste Grüße

Thomas Scheelen

Um es ganz einfach zusagen. Wenn ein Kampfjet die Nase hoch zieht und soviel Schub gibt damit er gerade aus fliegt(selbe Höhe) so ist der Pitch nach oben aber der AOA Sensor liegt dann so in der Luft wie sie anströmt sprich er ist in der horizontalen Position.

Ein AOA Sensor bei Boeing, Airbus und andere ist ein kleiner Flügel der sich an seiner Wurzel drehen kann. Somit liegt er immer "perfekt" in der Luftströmung egal wohin die Nase (pitch) zeigt.

[DaMane]

Recht hat er ja schon Winde kannst du nicht beeinflussen und die haben einen Einfluss auf den AOA Sensor.

Wobei mit dem Vertstellen von Schub und Pitch kann man den AOA beieinflussen. Aber man hat eben keine 100% Kontrolle darüber.

Wer sagt denn was von Wind beeinflussen? Wenn sich die Anströmrichtung durch downdrafts/updrafts, oder -geschwindigkeit durch gusts ändert, sorgt die Flugmechanik selbsttätig dafür, daß dein Flieger wieder den gleichen AOA einnimmt, bei dem alle 4 Kräfte ausgeglichen sind.

 

Manfred

[Volume]

 

sorgt die Flugmechanik selbsttätig dafür, daß dein Flieger wieder den gleichen AOA einnimmt, bei dem alle 4 Kräfte ausgeglichen sind.

Ganz genau genommen sorgt der Längsmomentehbaushalt dafür, daß dein Flieger wieder den gleichen AOA einnimmt, bei dem das Nickmoment Null ist. (ganz banal vereinfacht, der Windfahneneffekt der Höhenflosse, Enten/Deltas etc. wollen wir mal vergessen)

Den Ausgleich der 4 Kräfte erzeugt die Flugmechanik mittelfristig (d.h. im nächsten Gleichgewichtszustand) durch die "Wahl" der Geschwindigkeit. Wenn du Ca kleiner machst, macht die Natur dein Flugzeug schneller (und umgekehrt). Damit es schneller wird, muss es natürlich irgendwoher die Energie bekommen, also wird es (kurzfristig) den Flugbahnwinkel reduzieren und Höhe verlieren (oder umgekehrt).

In der Praxis kannst du natürlich Ca schwerlich beeinflussen, ohne gleichzeitig auch den Längsmomentenhaushalt und/oder Cw zu beeinflussen. Deshalb kann man dieses Phänomen in Reinform nur bei entsprechenden besonderen Versuchsanordnungen beobachten, und schlecht im realen Flug demonstrieren.

 

Ein AOA Sensor bei Boeing, Airbus und andere ist ein kleiner Flügel der sich an seiner Wurzel drehen kann. Somit liegt er immer "perfekt" in der Luftströmung egal wohin die Nase (pitch) zeigt.

Er liegt immer perfekt in der lokalen Luftströmung. Nur bei genau einem bestimmten Anstellwinkel ist diese gleich der globalen Anströmung.

In den allermeisten Flugzuständen wird der lokale Anstellwinkel des Vorderrumpfes positiv sein (Airbus und Boeing, allenfalls bei Flugzeugen ohne Nasenklappen wird man auch mal negative Rumpfanstellwinkel sehen), die lokale Luftströmung also einen größeren AoA ergeben als dein Gesamtflugzeug tatsächlich hat.

Im Spezialfall des sehr langen zylindrischen Rumpfes mit der AoA Vane genau "am Äquator" (also vertikal in der Rumpfmitte) würde die AoA Vane exakt den doppelten Anstellwinkel anzeigen. Die maximale Oberflächengeschwindigkeit des senkrecht angeströmten Kreiszylinders ist exakt die doppelte Anströmgeschwindigkeit. Da dies aber ein systematischer Anzeigefehler ist, kann man ihn durch umskalieren der AoA Anzeige komplett ausgleichen. Seit derartige Anzeigen Digital sind, kann man auch eine Korrekturkurve bei der Flugerprobung bestimmen, und im Computer hinterlegen.

Somit kann man mit diesen Sensoren schon sehr nahe an "perfekt" den Anstellwinkel messen.

 

Komplexer wird es, wenn man den Einfluss des Flügels mit berücksichtien möchte, den kann man nämlich nur in dem Bereich rausrechnen, in dem einen die AoA Präzision nicht interessiert. Sobald im Flügel-Rumpf-Übergang die ersten Ablösungen auftreten, sobald also AoA nahe an den kritischen Wert kommt und einen besonders exakt interessiert, wird der Einfluss unberechenbar.

 

Gruß

Ralf

Bearbeitet 10. Juli 2015 von Volume

[burton1224]

Ganz genau genommen sorgt der Längsmomentehbaushalt dafür, daß dein Flieger wieder den gleichen AOA einnimmt, bei dem das Nickmoment Null ist. (ganz banal vereinfacht, der Windfahneneffekt der Höhenflosse, Enten/Deltas etc. wollen wir mal vergessen)

Den Ausgleich der 4 Kräfte erzeugt die Flugmechanik mittelfristig (d.h. im nächsten Gleichgewichtszustand) durch die "Wahl" der Geschwindigkeit. Wenn du Ca kleiner machst, macht die Natur dein Flugzeug schneller (und umgekehrt). Damit es schneller wird, muss es natürlich irgendwoher die Energie bekommen, also wird es (kurzfristig) den Flugbahnwinkel reduzieren und Höhe verlieren (oder umgekehrt).

In der Praxis kannst du natürlich Ca schwerlich beeinflussen, ohne gleichzeitig auch den Längsmomentenhaushalt und/oder Cw zu beeinflussen. Deshalb kann man dieses Phänomen in Reinform nur bei entsprechenden besonderen Versuchsanordnungen beobachten, und schlecht im realen Flug demonstrieren.

Er liegt immer perfekt in der lokalen Luftströmung. Nur bei genau einem bestimmten Anstellwinkel ist diese gleich der globalen Anströmung.

In den allermeisten Flugzuständen wird der lokale Anstellwinkel des Vorderrumpfes positiv sein (Airbus und Boeing, allenfalls bei Flugzeugen ohne Nasenklappen wird man auch mal negative Rumpfanstellwinkel sehen), die lokale Luftströmung also einen größeren AoA ergeben als dein Gesamtflugzeug tatsächlich hat.

Im Spezialfall des sehr langen zylindrischen Rumpfes mit der AoA Vane genau "am Äquator" (also vertikal in der Rumpfmitte) würde die AoA Vane exakt den doppelten Anstellwinkel anzeigen. Die maximale Oberflächengeschwindigkeit des senkrecht angeströmten Kreiszylinders ist exakt die doppelte Anströmgeschwindigkeit. Da dies aber ein systematischer Anzeigefehler ist, kann man ihn durch umskalieren der AoA Anzeige komplett ausgleichen. Seit derartige Anzeigen Digital sind, kann man auch eine Korrekturkurve bei der Flugerprobung bestimmen, und im Computer hinterlegen.

Somit kann man mit diesen Sensoren schon sehr nahe an "perfekt" den Anstellwinkel messen.

 

Komplexer wird es, wenn man den Einfluss des Flügels mit berücksichtien möchte, den kann man nämlich nur in dem Bereich rausrechnen, in dem einen die AoA Präzision nicht interessiert. Sobald im Flügel-Rumpf-Übergang die ersten Ablösungen auftreten, sobald also AoA nahe an den kritischen Wert kommt und einen besonders exakt interessiert, wird der Einfluss unberechenbar.

 

Gruß

Ralf

AOA Anzeige und Airbus??

[qnh1013]

AOA Anzeige und Airbus??

Hallo,

 

ja, zwar nicht auf dem PFD, aber kann man sich Anzeigen lassen.

 

Gruss Michael

[Volume]

 

Somit kann man mit diesen Sensoren schon sehr nahe an "perfekt" den Anstellwinkel messen.

...und dann kann man sie auch anzeigen. Machen aber meines Wissens weder Airbus noch Boeing standardmäßig. Ist wohl als Option zu haben.

Die Nennung dieser Hersteller bezog sich auf den Post

 

Ein AOA Sensor bei Boeing, Airbus und andere ist ein kleiner Flügel der sich an seiner Wurzel drehen kann. Somit liegt er immer "perfekt" in der Luftströmung egal wohin die Nase (pitch) zeigt.

Ohne AoA Sensor(en) fliegt kein moderner Airbus. Schon komisch, das ausgerechnet eine der zentralen Messdaten der elektronischen Flugsteuerung dem Piloten vorenthalten wird.

Wie schon gesagt, bedauerlicherweise hat es sich historisch so entwickelt, dass wir meist ohne AoA Anzeige lernen und fliegen. Bis auf das Militär, seit sie Jets fliegen.

 

Gruß

Ralf