Reihenfolge Tanks

[PeterH]

Um diese Abteilung mal wieder zu beleben:

 

Anläßlich der Diskussion in einem anderen Thread, in dem beschrieben wird, daß bei (großen) Airlinern erst der Zentraltank leergeflogen wird und erst danach die Tragflächentanks, hier eine (naive?) Überlegung:

 

Der Sprit in den Flügeltanks, also viele Tonnen weit weg vom Drehzentrum, dürfte das Trägheitsmoment  (also den Widerstand gegen Drehungen, hier um die Längsachse) ja erheblich beeinflussen. Demnach sollte ein Flieger mit leeren Flächentanks also deutlich "drehfreudiger" werden. Verbraucht man erst aus dem Zentraltank, bleibt das Verhalten um die Längsachse zunächst nur wenig beeinflußt.

 

Soviel zur (sehr grauen) Theorie, aber merkt man das auch in der Praxis?

 

Gruß

Peter

Bearbeitet 15. August 2016 von PeterH

[Dierk]

Die Strukturbelastung ist mit vollem Rumpftank höher als mit vollen Flächentanks (bei gleichem Gesamtgewicht). Wäre das nicht eine bessere Erklärung?

[FalconJockey]

Ja, die Flächen sind mit vollen Tanks "stabiler", also verbraucht man zuerst die Rumpftanks. Dabei achtet man sogar darauf, zuerst die Tanks zu leeren, die am meisten vorne liegen, um den Schwerpunkt möglichst weit hinten zu halten. Dies spart Treibstoff, da das Höhenruder nicht so viel Kraft (=Auftrieb und somit Widerstand) erzeugen muss, um die Nase oben zu halten.

[DaMane]

Ja, die Flächen sind mit vollen Tanks "stabiler", also verbraucht man zuerst die Rumpftanks. Dabei achtet man sogar darauf, zuerst die Tanks zu leeren, die am meisten vorne liegen, um den Schwerpunkt möglichst weit hinten zu halten. Dies spart Treibstoff, da das Höhenruder nicht so viel Kraft (=Auftrieb und somit Widerstand) erzeugen muss, um die Nase oben zu halten.

Du meinst wohl den Abtrieb, der ein "Auftrieb" mit umgedrehten Vorzeichen ist?   :unsure:

 

Gruß

Manfred

[FalconJockey]

So war es gemeint ;) Auftrieb nach unten halt :D

[Hans Tobolla]

Strukturbelastung - das  wurde hier vor einiger Zeit  schon einmal diskutiert.  Wenn ich mich hoffentlich richtig erinnere, wurde folgendermaßen argumentiert:
 

Bei starken Turbulenzen können sich z.B. der Anstellwinkel und/oder die TAS  schlagartig erhöhen, und damit auch der Auftrieb an den  Tragflächen.  Wenn die Masse  es Rumpfes hoch ist,  müssen beim Beschleunigen von der Tragfläche zum Rumpf höhere Kräfte übertragen werden als wenn der Rumpf  eine geringe Masse hat.

Ist die Masse der Tragfläche hoch, widersetzt sie sich durch ihre Masseträgheit einer starken Beschleunigung.   Ein Rumpf mit geringer Masse  kann dann ohne zu hohe Strukturbelastung  von der  Tragfläche „mitgenommen“ werden.

 

Die diesbezüglich ungünstigte Variante wäre eine leichte Tragfläche bei einem schweren Rumpf. 
 

Gruß!

 

Hans

Bearbeitet 17. August 2016 von Hans Tobolla

[Hunter58]

Es gibt da verschiedene Kraftvektoren die spielen. Grundsätzlich drückt der Rump nach unter und die Flügel reissen nach oben. Je leichter der Rumpf desto weniger Kräfte. Man sieht diese Einflüsse zB bei Frachtern wie der 747-200/400F/ERF oder der A330-200F. Da kann man bei einer Reduktion des MTOW (letztendlich der ausfliegbaren Treibstoffs) das MZFW erhöhen und damit mehr Payload mitnehmen. Beim 330F kann man zB das MTOW von 233t auf 227t zurücknehmen und dafür das MZFW von 173t auf 178t erhöhen.

 

Die Reduktion des MTOW ist letztendlich eine Reduktion des Tanktgewichts. Die Behörden sehen es einfach lieber dass man dies via MTOW erreicht statt mit einer Beschränkung des Tankvolumens.

[Hans Tobolla]

Hinzu kommt noch,dass die Tragflächen nicht stocksteif, sondern in Grenzen gedämft  elastisch verformbar sind.  Ich denke dass dadurch ein harter Auftriebskraftstoß nicht sofort eins zu eins zum Rumpf übertragen, sondern etwas geglättet wird.  

 

Gruß!

 

Hans

Bearbeitet 17. August 2016 von Hans Tobolla

[Volume]

Ich denke dass dadurch ein harter Auftriebskraftstoß nicht sofort eins zu eins zum Rumpf übertragen, sondern etwas geglättet wird.  

Gemäß dieser Logik wäre natürlich Sprit im Mitteltank besser "gefedert", als im Flügel. Sprich die tatsächliche maximale Kraft aus der Spritträgheit wäre im Mitteltank geringer, als im Flügeltank. Auch für die Passagiere würde es dann bequemer. Trotzdem müsste der Flügel mehr Biegemoment aufnehmen, als wenn gleich vor Ort am Flügel ein Teil des Auftriebs direkt zum Tragen von Sprit benutzt wird.

 

Sprit in halbvollen Tanks ist übrigens auch ein hervorragender Dämpfer, deshalb gibt es Flugzeuge die nicht in allen Tankkonfigurationen die selbe V_MO/M_MO haben, weil sie mit bestimmten Tanks leer ein Flatterproblem haben. Oder umgekehrt, die CV990 hatte mit Sprit in den äußeren Verdrängungskörpern (weit hinter der elastischen Achse des Flügels) eine geringere zulässige Maximalgeschwindigkeit. Da manche Tanks nur beim Start randvoll sind, löst sich das Problem meist elegant bevor man richtig schnell fliegt.

Manche Flugzeuge haben ein komplexes Tankmanagement (durch den Piloten oder die Computer), andere gar keins, weil sie mit einem ausgeklügelten System von Transferpumpen mit bestimmten Ansaugpunkten und Überlaufleitungen den Sprit völlig automatisch in der richtigen Reihenfolge aus den verschiedenen Tanks fördern.

 

Gruß

Ralf

[sheckley666]

Um mal auf das im ersten Beitrag erwähnte Trägheitsmoment einzugehen:

Wäre eine Reduzierung dessen ein Vor- oder ein Nachteil?

[Volume]

Wäre eine Reduzierung dessen ein Vor- oder ein Nachteil?

Kommt auf den Piloten an.

Viele führen ja als ein großes Problem der MD-11 das (zu) kleine Höhenleitwerk an. Mindestens genauso wichtig ist das überdurchschnittlich hohe Trägheitsmoment um die Querachse durch das schwere Triebwerk im Heck. Die Kombination aus viel Trägheit bei wenig Dämpfung macht es dann endgültig besonders.

Für Flugzeugflüsterer mit feinfühligem Händchen überhaupt kein Problem, für Grobmotoriker schon.

 

Mehr Trägheitsmoment bedeutet, das Flugzeug liegt "satter" in der Luft und fliegt trotz Böen vergleichsweise stur geradeaus. Es muss aber auch mit mehr Ruderausschlag zur Bewegung überzeugt werden, und schwingt stärker über, wenn man(n) es übertreibt. Das kann die Tendenz zu PIOs erhöhen.

Im Allgemeinen ist um die Längsachse das Flugzeug am meisten gedämpft von daher kann es dort auch die größten Variationen des Trägheitsmoments verkraften. Problematischer wird die hohe Masse im Aussenflügel für die Bewegung um die Hochachse, die meisten Flugzeuge haben eher wenig Seitenleitwerk (meist braucht man das ja überhaupt nicht). Der Gierdämpfer ist daher durchaus gefordert, wenn man viel Masse im Aussenflügel hat, der Pilot eher selten, da er seltenst mit dem Seitenruder rudert. Das Höhenleitwerk muss ja z.B. auch die Momentenänderung durch Klappen und Schwerpunktvariationen ausgleichen, deshalb ist meist um die Querachse Dämpfung und Steuerwirksamkeit am größten, und allenfalls Hecktanks variieren das Trägheitsmoment.

 

In großen Flughöhen reduziert sich die aerodynamische Dämpfung, das wirkt sich am stärksten um die Längsachse aus, wo die Dämpfung normalerweise extrem groß ist. Die Kombination aus viel Masse in den Flügeltanks und großer Flughöhe macht manuelles Fliegen anspruchsvoll. (Viel Masse mit wenig Dämpfung kontrollieren) Nichts, was man nicht lernen könnte, aber eben etwas das das Können fordert.

 

Gruß

Ralf

[Hans Tobolla]

Man sollte auch einmal die Leistung der Ingenieure würdigen, die mit ihrer Entwicklung von Flugreglern heutzutage die Piloten weitgehend von diesen Masseträgheitseffekten abschirmen.

Als Beispiel  mag die Steuerung um die Längsachse  (Bank) beim Airbus  dienen.
Für den Piloten ist das  einfach, aber  im  Hintergrund werden mehr oder weniger Massetonnen für die gewünschte Winkelgeschwindigkeit   beschleunigt und punktgenau  wieder  abgebremst, und das bei unterschiedlicher Geschwindigkeit und Konfiguration.  Obendrein wird auch noch der Winkel konstant gehalten, indem Böen und andere Einflüsse ausgeregelt  werden.

 

Gruß!

Hans

Bearbeitet 23. August 2016 von Hans Tobolla

[Chipart]

 die meisten Flugzeuge haben eher wenig Seitenleitwerk (meist braucht man das ja überhaupt nicht). 

Könntest Du hierzu etwas mehr schreiben? Ohne, dass ich jetzt Daten habe, ist mein Eindruck, dass die Seitenleitwerke bei Verkehrsflugzeugen mit der Zeit eher größer geworden sind. 

Das würde auch Sinn machen, da zum einen bei Zweistrahl-Designs mit immer stärkeren Turbinen das Giermoment im Falle eines einseitigen Engine-Failures ausgeglichen werden muss, zum anderen aber auch immer größere Rümpfe ohne Seitenleitwerk immer instabiler um die Hochachse werden.

 

Dass man Seitenleitwerke "meist überhaupt nicht braucht" höre ich zum ersten mal...

 

Florian

Bearbeitet 23. August 2016 von Chipart

[PeterH]

Hans, das ist zweifellos richtig, aber wir sollten nicht vergessen, daß Regelungstechnik ein schon sehr früh intensiv beforschtes Gebiet ist, schon die alten Analogregler der AP's der DC-4 usw (Sperry?) konnten das garnicht so schlecht. Und noch früher mußte es der Pilot halt selbst machen... ok, da gab's immer die Warnung im Hinterkopf, nicht zu übersteuern, die Massen waren kleiner und man ist auch noch nicht auf die Idee gekommen, nach vorgegebenen Winkelgeschwindigkeiten zu steuern.

Ich glaube, bei manuellem Flug regeln wir durchaus so, wie ein PID-Regler, mit dem großen Unterschied, daß die Reglerparameter dauernd aus verschiedenen Inputs verändert werden (Horizontlage, Verhalten des Fadens vor dem Segelfliegercockpit, G-Gefühl usw)

 

EDIT: Wikipedia sagt dazu:

"Am 18. Juni 1914 demonstrierte er (Sperry) in Frankreich das erste System, welches eine Curtiss C-2 ohne Einwirken eines Piloten im Horizontalflug stabil halten und stabilisieren konnte. „Dieser Autopilot bestand aus vier getrennten Kreiseln, jeder rotierte mit 7.000 Umdrehungen pro Minute. Diese Kreisel waren auf die Nulllage aller Steuerflächen eingestellt und wurden mechanisch mit ihnen verbunden“ Dieser frühe Autopilot war schon damals in der Lage, Start und Landung ohne Einwirkung des Piloten durchzuführen"

 

Gruß

Peter

Bearbeitet 23. August 2016 von PeterH

[Chipart]

Auch sollte man erwähnen, dass aus Sicht der Regelungstechnik ein Flugzeug-AP eigentlich ein sehr einfaches System ist, da die Regelgröße sehr schnell auf Änderungen der Stellgröße reagiert (im Zeitbereich von 1/10 Sekunden). Dadurch lassen sich mit relativ geringem Aufwand relativ gute Regler konstruieren (auch analog): Selbst reine P-Regler haben schon eine vertretbare Regelgüte, zumal die Regelstrecke eine gewisse Eigenstabilität hat und damit der I-Anteil weniger wichtig wird.

 

Die Herausforderungen die Sperry in erster Linie zu meistern hatte waren deswegen solche der Sensorik und Aktuatorik, weniger die des Regler selber.

 

Florian 

Bearbeitet 23. August 2016 von Chipart

[Volume]

Auch sollte man erwähnen, dass aus Sicht der Regelungstechnik ein Flugzeug-AP eigentlich ein sehr einfaches System ist, da die Regelgröße sehr schnell auf Änderungen der Stellgröße reagiert (im Zeitbereich von 1/10 Sekunden). Dadurch lassen sich mit relativ geringem Aufwand relativ gute Regler konstruieren (auch analog):

Das gilt allerdings nur für die Flugsteuerung, wenn das Triebwerk dazu kommt, wird es komplexer, da die Reaktionszeiten dann extrem von der Triebwerksleistung abhängt. Im Steigflug hat der A/T kein Problem, da reagiert das Triebwerk spontan. Im Landeanflug bei geringer Triebwerksleistung mit dem sehr träge reagierenden Triebwerk wird es schon anspruchsvoller. Und wenn man dann erst hinter die Leistungskurve kommt, Fahrt- und Schubkorrektur plötzlich nicht mehr das selbe Vorzeichen bei der Gleitpfadänderung produzieren, dann wird es tricky. 

 

die meisten Flugzeuge haben eher wenig Seitenleitwerk

Das maximale Giermoment das man mit einem Seitenleitwerk produzieren kann, liegt bei modernen Flugzeugen meist deutlich unter dem das man mit dem Höhenruder produzieren kann, oft bei weniger als 50%.

Beim A380 z.B. hast du "nur" 122 m² Seitenleitwerk aber 205 m² Höhenleitewerk, bei letzterem hast du noch die Flossentrimmung um in bestimmten Situationen noch höhere Momente erzeugen zu können, und auch etwas mehr Wirksamkeit durch mehr Streckung und etwas mehr Hebelarm.

Bei der 777 sind es 53 m² zu 101 m², dafür ist das untere Seitenruder mit einer Servoklappe verstärkt.

 

Bei Segelflugzeugen hat das Seitenleitwerk auch schon mal die dreifache Fläche des Höhenleitwerks.

 

Dass man Seitenleitwerke "meist überhaupt nicht braucht" höre ich zum ersten mal...

Es wird eigentlich nur noch für Seitenwindlandungen und Einmotorenflug gebraucht. Bei Langstreckenflugzeugen deutlich unter 1% der Flugzeit.

Allenfalls der Gierdämpfer benutzt es ausgiebig. Nicht umsonst haben die meisten Flugzeuge eine federarretierte Nullage ("break out force"), so dass das Seitenruder gar nicht für feinfühlige Korrekturen benutzt werden kann.

 

Gruß

Ralf

Bearbeitet 24. August 2016 von Volume

[DaMane]

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

 

Dass man Seitenleitwerke "meist überhaupt nicht braucht" höre ich zum ersten mal...

 

Florian

Vielleicht bist Du blos zu jung dafür? ;)  Gehört bzw. gelesen habe ich schon öfters darüber, und meistens mit Bezug auf die Übergangszeit von der Prop- zur Jetfliegerei, wo die "alte Garde" den jungen Düsentrieblern gerne eine gewisse Fuß-Faulheit attestierte. Das kam wohl daher, daß Flugzeuge mit geringer Flügelstreckung und gepfeilten Tragflächen kaum mehr Seitenruderunterstützung für den koordinierten Kurvenflug benötigten. Ansonsten spielte sich früher das Geschehen, wo extra große Seitenruderwirkung gefragt ist - Assymetrischer Schub und/oder Seitenwindlandung -   auf Kolbenfliegern so zwischen 80 und 120 Knoten ab, was sich bei Jets grob pauschaliert in den Bereich 120 bis 180 KTS (=ca. 50% schneller) verlagerte, was nach meinem Verständnis - wieder so eine gewagte Schlußfolgerung :o, Ralf wird sie bestimmt gleich zerpflücken  :)  - den relative Flächenbedarf für gleiche aerodynamische Wirksamkeit auf weniger als die Hälfte verringert.

 

Gruß

Manfred

Bearbeitet 24. August 2016 von DaMane

[Chipart]

Jetzt bin ich noch mehr verwirrt!?!

 

Sprichst Du vom SeitenRUDER oder vom SeitenLEITWERK?

 

Florian

[DaMane]

Jetzt bin ich noch mehr verwirrt!?!

 

Sprichst Du vom SeitenRUDER oder vom SeitenLEITWERK?

 

Florian

OK, mir ist deine feinsinnige Unterscheidung glatt entgangen ;). Da wir aber in diesem Zusammenhang über Flugsteuerung gesprochen haben, war natürlich primär das SeitenRUDER gemeint.

 

Manfred

[Volume]

Ein Seitenleitwerk brauchen Flugzeuge mit großer Flügelpfeilung nur noch, um ein Airlinelogo draufmalen zu können ;) .

Es geht auch ohne  :o

Durch den Trend zu flügelmontierten Triebwerken ist dazu noch der Rumpf vor der Tragfläche kurz im Vergleich zu dem dahinter geworden, das zusammen mit dem Pfeilflügel reicht schon, um zumindest im Bereich kleiner Schiebewinkel eigenstabil um die Hochachse zu sein.

Das Seitenruder braucht man im Einmotorenflug und bei Seitenwindlandungen.

 

Vielleicht kommt noch lange vor dem Nurflügler oder dem Blended Wing Body ein Flugzeug ohne Seitenflosse, mit Gierspoilern stattdessen.

Abder wohin dann mit dem Logo?

 

Gruß

Ralf

[DaMane]

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

Abder wohin dann mit dem Logo?

 

Gruß

Ralf

Hat denn noch keiner durchgerechnet, wieviel Sprit man über's Jahr durch das Weglassen des Seitenleitwerks sparen kann?

 

Gruß

Manfred

[Chipart]

Ein Seitenleitwerk brauchen Flugzeuge mit großer Flügelpfeilung nur noch, um ein Airlinelogo draufmalen zu können ;) .

Es geht auch ohne  :o

 

;-) 

 

Naja: Nur weil ein Flugzeug ohne Seitenleitwerk (in dem Unfall-Beispiel ist ja sogar noch ein Teil davon übrig geblieben) nicht sofort abstürzt, heisst das ja nicht, dass man ein gutes Design ohne Seitenleitwerk bauen kann. 

Zudem haben Verkehrsflugzeuge - aus vielen guten Gründen - keine so stark gepfeilten Tragflächen. 

 

Florian

[Chipart]

Hat denn noch keiner durchgerechnet, wieviel Sprit man über's Jahr durch das Weglassen des Seitenleitwerks sparen kann?

 

 

Gar keinen! Das ist es ja gerade. Durch die notwendige Peilung der Tragflächen und die zusätzlich notwendigen Massnahmen zur aktiven Stabilisierung um die Hochachse wird man sogar mehr Sprit brauchen. 

Zudem ist es - ohne es gerechnet zu haben - zumindest bei einem 2-Mot Design kaum vorstellbar, dass es gelingt, es ohne Seitenleitwerk mit nur einem Motor flugfähig zu halten...

 

Florian

[Hans Tobolla]

 

Ich glaube, bei manuellem Flug regeln wir durchaus so, wie ein PID-Regler, mit dem großen Unterschied, daß die Reglerparameter dauernd aus verschiedenen Inputs verändert werden (Horizontlage, Verhalten des Fadens vor dem Segelfliegercockpit, G-Gefühl usw)

 

 

Wobei ich das I-Glied eines PID-Reglers nicht bewerkstelligen kann, Peter. 

 

Gruß!

 

Hans