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Seitenstabilität: V-Flügel und mehr

Diskutiere Seitenstabilität: V-Flügel und mehr im Forum Luftfahrzeuge allgemein auf Flugzeugforum.de


  1. #11
    fanavion

    Avatar von fanavion
    Zitat Zitat von wilco Beitrag anzeigen
    Die Akribie, mit der fanavion hier seinen und den Gedanken eines ungenannten Autors in einer Zeitschrift in vielfach verästelter Weise nachspürt, läßt mich befürchten, eher in einen Sumpf zu geraten, als etwas wesentliches zur Aufklärung beitragen zu können.
    Ich habe den Artikel von Kenneth Sabel , der im AAHS Journal abgedruckt ist eigentlich nur angeführt um zu meinem Thema einzuleiten. Die Eröffnung eines Themas zur Seitenstabilität hatte ich schon früher vorgehabt aber bisher nicht verwirklicht. Über das Werk von Cayley selbst wollte ich hier eigentlich nicht diskutieren. Eine eingehende Diskussion des Artikels ist ohnehin kaum möglich solange er den Teilnehmern nicht vorliegt.

    Ich wollte eigentlich nur ausdrücken daß mich einige Aussagen in dem Artikel von Kenneth Sabel dazu bewogen haben wieder mit Flugdynamik zu befassen. Seit ich mich nicht mehr mit dem Flugsimulatoren von Microsoft beschäftige hatte ich das weitgehend eingestellt. Mich interessierte zunächst grundsätzlich, die auch dort angesprochene Frage der Pendelstabilität, über die ich keine eindeutigen Aussagen in der Fachliteratur finde.

    Über die anderen Ursachen der Seitenstabilität (Querstabilität + Richtungsstabilität, die hängen in der Praxis untrennbar miteinender zusammen) wollte ich durchaus dann später auch noch dsikutieren. Jetzt sind wir auch schon mittendrin in dem wie oben gesagt spannenden Thema.

    Der (Wissens-) Stand der Technik bezüglich des Wiederaufrichtens aus der Schräglage ist wie folgt:

    Neigt sich aufgrund einer Störung oder eine kurzeitgen Steuereingabe im ausgetrimmten Flug der Flieger nach einer Seite so neigt sich die Auftriebskaft sozusagen mit und steht der Gewichtskraft nicht mehr in einer Linie gegenüber. Das heißt, der Flieger sinkt und bewegt sich gleichzeitig zur Seite, er schiebt.

    Diese Schieben ist letzlich die Ursache für das Aufrichten des Fliegers.

    (1) Bei der positiven V-Form erhält der hängende Flügel einen größeren Anstellwinkel als der gegenüberliegende, der Flieger dreht zurück.

    (2) Auf das Seitenleitwerk wirkt durch das Schieben eine Seitenkraft. Ist die Fläche oberhalb der Längsachse größer als die Fläche die unterhalb liegt gibt es ebenfalls ein Moment, das den Flieger aufrichtet.

    (3) Ähnliches gilt für alle anderen Rumpf-Flächen auf die die Seitenkraft wirkt, je nach Form des Fliegers.

    (4) Beim Hochdecker führen die Strömungsverhältnisse am Rumpf-Übergang zu einer stärkeren Anströmung des Flügels was auch ein Rückstell-Moment zur Folge hat. Bilder zur Erläuterung

    (5) Beim Pfeilflügel gibt es beim Schieben ebenfalls ein Moment, das den Flieger wieder aufrichten will. Beim außen liegende Flügel geht der Pfeilwinkel gewissermaßen zurück und der Auftrieb wird größer, beim in Richtung des Schiebens liegenden Flügel wird die Pfeilung in Bezug auf die Anströmung erhöht und der Auftrieb wird kleiner.

    Das Bild ist aus dem Buch Stick and Rudder von W. Langewiesche und zeigt wie die Anströmung einen Flieger beim Schieben "sieht".
    Angehängte Grafiken Angehängte Grafiken

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    diesen Ratgeber und die Flugzeug-Kategorie

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  3. #12
    gero

    Avatar von gero
    Zitat Zitat von Flusirainer Beitrag anzeigen
    Also ich habe mal irgendwo gelesen, das eine positive V-Stellung dazu führt, das sich das Flugzeug aus geringer Querneigung wieder selbstständig in einen neutralen Bank-Angel bewegt.
    Das ist (unter gewöhnlichen Bedingungen) richtig und wird als Querstabilität (oder Rollstabilität) bezeichnet.

    Zitat Zitat von Flusirainer Beitrag anzeigen
    Der Grund soll wohl sein, das die kurveninnere Tragfläche, ihrer waagerechteren Ausrichtung wegen, einen etwas größeren, senkrechten, Auftriebswert erzeugt.
    Das ist eine populäre, aber falsche Erklärung. Der Auftrieb entsteht an der Tragfläche senkrecht zur Luftströmung. Bei gedrehtem (rollendem) Flugzeug dreht die Auftriebsrichtung mit. Es ergibt sich dadurch kein rückdrehendes Moment.

    Die zutreffende Erklärung ist etwas kniffliger. Durch das Rollen (drehen um die Längsachse) dreht sich die Auftriebsrichtung aus der Senkrechten, es entsteht eine seitliche Kraftkomponente, die das Flugzeug in eine Kurve zwingt. Diese Kurve ist aber nicht koordiniert, sondern sie "schiebt" (Die Längsachse zeigt ja nicht in Kurvenrichtung, sondern immer noch genau dahin, wo sie vorher hingezeigt hatte, also nach außen). Die Tragfläche wird durch dieses Schieben schräg angeströmt. Dabei ist (durch die V-Stellung) am "inneren" (dem abgesunkenen) Flügel der Anstellwinkel (und damit der Auftrieb) etwas größer als beim "äußeren". Zusätzlich schattet der Rumpf den "Außenflügel" ein wenig ab. Dieser Auftriebsunterschied ergibt das Rückdrehmoment.

    Das ganze heißt im übrigen "Schiebe-Roll-Kopplung".

    Zitat Zitat von Flusirainer Beitrag anzeigen
    Was ich mich da frage, wie haben das die Russen mit ihren Tupolews hinbekommen?
    Tiefdecker + negative V-Stellung.
    Ein Pfeilflügel bringt in diese Mechanik noch einige weitere Parameter hinein. das ist dann schon fast ein Thema für Fortgeschrittene...


    Ob der Autor, um den es im ersten Posting geht, diese Mechanismen verstanden hatte wird möglicherweise ein Rätsel bleiben.

    gero


    P.S. Ich seh grad, unsere Antworten haben sich überschnitten, Pendelstabilität ist ein Mythos, zumindest solange das Flugzeug nicht irgendwo aufgehängt ist...

    gero

  4. #13
    gero

    Avatar von gero
    Zitat Zitat von fanavion Beitrag anzeigen
    (4) Beim Hochdecker führen die Strömungsverhältnisse am Rumpf-Übergang zu einer stärkeren Anströmung des Flügels was auch ein Rückstell-Moment zur Folge hat. Der gegenüberloegende Flügel ist abgeschirmt. Bei Tiefdecker ist es umgekehrt.
    Was ist da beim Tiefdecker umgekehrt? in beiden Fällen schirmt der Rumpf den "Außenflügel" ab, einmal die Unterseite stärker (Hochdecker) einmal die Oberseite (Tiefdecker).

    gero

  5. #14
    fanavion

    Avatar von fanavion
    Einverstanden. Ich lasse die beiden letzten Sätze weg. "Der gegenüberliegende Flügel ist abgeschirmt. Bei Tiefdecker ist es umgekehrt. "
    Ich werde sie oben editieren.

    Es genügt: Beim Hochdecker führen die Strömungsverhältnisse am Rumpf-Übergang zu einer stärkeren Anströmung des Flügels was auch ein Rückstell-Moment zur Folge hat.

    Es gibt nichts Schwereres als komplizierte Sachverhalte einfach auszudrücken.

    Diese Bilder erläutern den Effekt vielleicht besser.

  6. #15
    wilco


    Zitat von Flusirainer:

    "Der Grund soll wohl sein, das die kurveninnere Tragfläche, ihrer waagerechteren Ausrichtung wegen, einen etwas größeren, senkrechten, Auftriebswert erzeugt".

    Zitat Zitat von gero Beitrag anzeigen
    Das ist eine populäre, aber falsche Erklärung. Der Auftrieb entsteht an der Tragfläche senkrecht zur Luftströmung. Bei gedrehtem (rollendem) Flugzeug dreht die Auftriebsrichtung mit. Es ergibt sich dadurch kein rückdrehendes Moment.

    Na mal langsam... ich denke, flusirainer hat durchaus Recht.

    Wir sind im Geradeausflug. Die Auftriebsrichtung steht auf den Flügel bezogen senkrecht, bei einer V-Form also auf beiden Seiten zum Rumpf hin geneigt. Bei einer Rollbewegung kippt der Vektor von tieferen Flügel mehr in die Senkrechte, der vom gehobenen Flüger weiter aus der Senkrechten. Daraus ergibt sich eine Differenz in der senkrechten Komponente und damit - ein rückdrehendes Moment.

    Bevor der gedrehte (gekippte) Auftriebsvektor das Flugzeug seitwärts beschleunigt hat und die seitliche Anströmung zur Geltung kommt, was sie bei extremerer Auslenkung natürlich tun wird, hat die Auftriebsdifferenz das Flugzeug längst wieder gerade gedreht. Das ist Stabilität!

  7. #16
    gero

    Avatar von gero
    Zitat Zitat von wilco Beitrag anzeigen
    Na mal langsam... ich denke, flusirainer hat durchaus Recht.

    Wir sind im Geradeausflug. Die Auftriebsrichtung steht auf den Flügel bezogen senkrecht, bei einer V-Form also auf beiden Seiten zum Rumpf hin geneigt. Bei einer Rollbewegung kippt der Vektor von tieferen Flügel mehr in die Senkrechte, der vom gehobenen Flüger weiter aus der Senkrechten. Daraus ergibt sich eine Differenz in der senkrechten Komponente und damit - ein rückdrehendes Moment.
    Langsam kann in der Fliegerei durchaus gefährlich sein.

    Im Ernst, da versteckt sich ein Trugschluss. Eine Drehbewegung wird durch ein Drehmoment verursacht. Berechnet sich Kraft mal Hebelarm. Durch das Drehen des Flugzeugs um den Schwerpunkt ändert sich weder die Kraftgröße (Auftrieb), noch der Hebelarm. Also auch nicht das Drehmoment. Den Auftriebskräften ist es schlicht egal, wo die Senkrechte ist.

    gero

    P.S.
    Dreh den Flieger mal gedanklich in die Messerfluglage. Die Auftriebsvektoren drehen sich mit. Hat da dann einer eine rückdrehende Wirkung? Warum? Beide Flächen erzeugen den Gleichen Auftrieb, am gleichen Hebel. Da dreht sich nix.

    gero

  8. #17
    fanavion

    Avatar von fanavion
    Zitat Zitat von wilco Beitrag anzeigen
    Wir sind im Geradeausflug. Die Auftriebsrichtung steht auf den Flügel bezogen senkrecht, bei einer V-Form also auf beiden Seiten zum Rumpf hin geneigt. Bei einer Rollbewegung kippt der Vektor von tieferen Flügel mehr in die Senkrechte, der vom gehobenen Flüger weiter aus der Senkrechten. Daraus ergibt sich eine Differenz in der senkrechten Komponente und damit - ein rückdrehendes Moment.
    Egal wie der Flügel zur Senkrechten, d.h. zur Außenwelt steht. Im System Flugzeug bleibt die Größe der Auftriebskräfte gleich. Es gibt also keine Momente durch unterschiedliche Auftriebskräfte. Was sich bei einer Querlage gegenüber der Außenwelt ändert ist der Winkel zur Gewichtskraft. Der Flieger sinkt und es gibt eine seitliche Komponente . Dies führt zum Schieben, wobei beim V-Flügel der in Schieberichtung zeigende Flügel einen größeren Anstellwinkel und somit größeren Auftrieb als der Gegenflügel erzeugt. Erst das gibt ein rückdrehendes Moment.

  9. #18
    wilco


    Natürlich drehen sich die Auftriebsvektoren mit, völlig d'accord! Nur haben wir senkrecht auf jedem Flügel einen Vektor, und die sind, wegen der V-Stellung, gegeneinander geneigt.

    Bei einer Rollbewegung wird durch die Winkelstellung die senkrechte Komponente der Auftriebsvektoren auf einer Seite größer, auf der anderen Seite kleiner! Die senkrechte Komponente versucht uns in der Luft zu halten, die horizontale erzeugt das Schieben, richtig? Denn wir sind ja nicht in der Kurve. Und die unterschiedlich großen senkrechten Komponenten drehen mir meinen Flieger schön wieder grade.

  10. Hallo

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  11. #19
    Flusirainer


    Denn wir sind ja nicht in der Kurve.

    So meinte ich das ja. Eine geringe Querneigung, sprich, so gering, das sie noch keine, bzw nur eine extrem geringfügige, nicht wahrnehmbare, Seitwärtsbewegung zur Folge hat.

  12. #20
    fanavion

    Avatar von fanavion
    Zitat Zitat von wilco Beitrag anzeigen
    Natürlich drehen sich die Auftriebsvektoren mit, völlig d'accord! Nur haben wir senkrecht auf jedem Flügel einen Vektor, und die sind, wegen der V-Stellung, gegeneinander geneigt.

    Bei einer Rollbewegung wird durch die Winkelstellung die senkrechte Komponente der Auftriebsvektoren auf einer Seite größer, auf der anderen Seite kleiner! Die senkrechte Komponente versucht uns in der Luft zu halten, die horizontale erzeugt das Schieben, richtig? Denn wir sind ja nicht in der Kurve. Und die unterschiedlich großen senkrechten Komponenten drehen mir meinen Flieger schön wieder grade.
    Du meinst senkrecht zum Erdboden ? Ich glaube nicht, daß man die Auftriebskräfte willkürlich zerlegen und dann noch von Momenten sprechen kann. Per Definition greifen die Kräfte bei einem Moment doch senkrecht am Hebelarm an. Auch wenn die Auftriebsvektoren beim V-Flügel gegenüber der Flugzeug-Hochachse geneigt sind wirken sie dennoch senkrecht zur Tragfläche.

    Wenn Auftriebskräfte bei einem Flügel Momente erzeugen sind sie an beiden Flügel verschieden, z.B. beim einseitigem Strömungsabriss. Oder eben beim Schieben eines V-Flügels.

    Könntest Du Deine Vektorzerlegungen bitte mal aufzeichnen ?

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