Seitenstabilität: V-Flügel und mehr

Diskutiere Seitenstabilität: V-Flügel und mehr im Luftfahrzeuge allgemein Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Also mir ist hier zu vieles durcheinander, auch mit rollen/schieben. Habe ich eine Rollbewegung habe ich kein Schiebemoment und auch keine...
F-16

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Space Cadet
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Also mir ist hier zu vieles durcheinander, auch mit rollen/schieben. Habe ich eine Rollbewegung habe ich kein Schiebemoment und auch keine Anstellwinkeländerung. Mit dem diskutierten V-Flügel möglichst noch mit Hochauftriebsprofil und dickem Anstellwinkel bekomme ich natürlich kein sauberes Rollen hin, sodass er wegkurvt. Allerdings sehe ich da kein Schieben, da keine Drehung um die Hochachse, und auch die Längsachse ändert sofort ihre Richtung. Des weiteren verstehe ich nicht wie der dann kurvenäußere Flügel mit schnellerer Anströmung und mehr Anstellwinkel (falls der überhaupt vorliegt) für ein Rückstellmoment sorgen soll, diese beiden Faktoren müssten eigentlich für ein weiteres Eindrehen sorgen.
 
gero

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Alien
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Und die unterschiedlich großen senkrechten Komponenten drehen mir meinen Flieger schön wieder grade.
Warum dürfen an Deinem Flugzeug nur die senkrechten Komponenten drehen? Wenn Du die Auftriebskraft in senkrechte und waagerechte Komponenten aufteilst, musst Du auch die Drehwirkung der Horizontalkomponente betrachten. Die Summe der Drehmomente bleibt gleich (gleich 0), egal wie Du die Kraft aufteilst. Da kommt keine Rückstellkraft raus. Ansonsten hättest Du (zuende gedacht) gerade ein Perpetuum Mobile erfunden.

gero
 
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Alien
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Ich glaube nicht, daß man die Auftriebskräfte willkürlich zerlegen und dann noch von Momenten sprechen kann.
Klar kann man das. Man muß die Kräfte nur alle betrachten und darf nur die Kräfte bei der Drehmomentenbilanz unter den Tisch fallen lassen, deren Wirkungslinie durch den Drehpunkt geht. Und egal, wie man die Kräfte aufteilt oder entlang ihrer Wirkungslinie verschiebt, die Momentenbilanz bleibt gleich.

Kann man wirklich leicht mit einer Skizze verdeutlichen.

gero
 

Flusirainer

Space Cadet
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Es geht um sehr geringe Bank-Angel, die noch zu gering sind, um einen Kurvenflug auszulösen.
 
gero

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Alien
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Es geht um sehr geringe Bank-Angel, die noch zu gering sind, um einen Kurvenflug auszulösen.
Ab welcher Schräglage wird denn dann der Kurvenflug "ausgelöst?"

Sobald die Richtung der Auftriebskraft von der Richtung der Schwerkraft abweicht, ist gewissermaßen Kraft "übrig". Die Auftriebskraft teilt sich (gemäß Vektorrechnung) auf. Und der Auftriebsanteil, der nicht in Schwerkraftrichtung geht, beschleunigt (Newton sei dank) das Flugzeug in die Richtung, in die es geneigt ist. Da das Flugzeug natürlich nicht stillsteht wird daraus dann eine Kurve. Und es entsteht eine Fliehkraft, die genau das Kräftegleichgewicht wieder herstellt.
Mehr Schräglage bedeutet engerer Kurvenradius.

Daß man in der Praxis bei kleiner Schräglage noch geradeaus fliegen kann ist, richtig, dem Schieben zu verdanken.

gero
 
fanavion

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Text gelöscht da doppelt gepostet
 
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Text gelöscht, da doppelt geposted. Was ist denn jetzt los ?
 
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Ab welcher Schräglage wird denn dann der Kurvenflug "ausgelöst?"
Daß man in der Praxis bei kleiner Schräglage noch geradeaus fliegen kann ist, richtig, dem Schieben zu verdanken.
gero

Man kann auch bei starker Schräglage geradeaus fliegen, z.B. beim Slippen im Anflug.
 
fanavion

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Klar kann man das. Man muß die Kräfte nur alle betrachten und darf nur die Kräfte bei der Drehmomentenbilanz unter den Tisch fallen lassen, deren Wirkungslinie durch den Drehpunkt geht. Und egal, wie man die Kräfte aufteilt oder entlang ihrer Wirkungslinie verschiebt, die Momentenbilanz bleibt gleich.
gero
Das ist mir schon klar. Ich habe nur mal wieder versucht mich "einfach" auszudrücken.

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.
Ich habe wilco so verstanden, daß er die Auftriebsvektoren der beiden Flügel zerlegt und dadurch ein Moment erhält.
 

arneh

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Warum dürfen an Deinem Flugzeug nur die senkrechten Komponenten drehen? Wenn Du die Auftriebskraft in senkrechte und waagerechte Komponenten aufteilst, musst Du auch die Drehwirkung der Horizontalkomponente betrachten. Die Summe der Drehmomente bleibt gleich (gleich 0), egal wie Du die Kraft aufteilst.
Richtig. Die Mechanik hinter der Stabilisierung ist eine andere. Da ist nix mit Drehmoment. Das Flugzeug gerät in Schräglage einfach in einen Schiebezustand. Bei 90° Rollwinkel zieht der Auftrieb eben in Richtung 90° (und ist 0 wenn ohne Gegenkraft, sprich wenn niemand am Höhenruder zieht) während die Gravitation in Richtung 180° zieht. Was dann passiert, ist primär eine Frage des seitlichen (schiebe-) Widerstandes oberhalb und unterhalb des Schwerpunktes, und das als Funktion des Winkels. Da kommt dann ggf. auch das Thema Abschattung/durch den Rumpf verursachte Wirbel in Schieberichtung ins Spiel,
Hinzu kommen Effekte der Strömung über die Tragfläche zum Rumpf hin auf der Bodenzugewandten Seite vs. zur Tragflächenspitze hin am 'oben' liegenden Flügel. Und im realen Leben vor allem auch die Schränkung des Flügels. Auch hier haben Hochdecker den Vorteil i.d.R. eher mit etwas weniger Schränkung auszukommen, was die negative Stabilitätskomponente der Schränkung um die Längsachse reduziert.
Diese eher geometrisch aerodynamischen Effekte sind maßgeblich, was im 0g (oder auch 1g) Flug mit Rollneigung passiert, ob sich das Flugzeug stabilisiert oder weiter rollt.
 

wilco

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Zitat fanavion:

"Ich habe wilco so verstanden, daß er die Auftriebsvektoren der beiden Flügel zerlegt und dadurch ein Moment erhält".


nein, das Moment erhalte ich nicht "durchs Zerlegen"...was für eine Vermutung. Es ergibt sich aus der ungleichen Richtung der Auftriebskraft auf beiden Flügeln bei Schräglage, woraus denn sonst? Ein Pfeil zeigt beispielsweise senkrecht nach oben, der andere ist um den Winkel der V-Stellung zur Seite geneigt. Der Anteil der Seitenrichtung führt zum Schieben, und fehlt mithin beim Heben.

Es geht mir hier etwas zu sehr durcheinander. Die Fragestellung ist unklar, manche möchten eine Kurve fliegen, manche lieber slippen, manche möchten gröblich unsauber fliegen. Und einer stellt eine komplizierte Frage, weiß aber schon ganz genau, wie er sie beantwortet haben möchte ;))

Quer- und Seitenstabilität kann ich sauber nur in Bezug auf einen Geradeausflug betrachten der durch Ausschläge oder Böen gestört wird, aber nicht, wenn jemand plötzlich die scheinbare Richtung der Gewichtskraft im Kurvenflug hervorzaubert und dazumischt.

Und wer Schwierigkeiten mit der Zerlegung von Kräften hat, der hat vermutlich noch nie theoretischen Flugunterricht gehabt oder ein Flugzeug gesteuert. Ein Modell vieleicht, oder einen Simulator.

Wofür mühe ich mich hier eigentlich ab?
 
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Ein Bild sagt mehr als ...

Es malt sich immer besser, als es sich erklärt.
Ein Flugzeug von vorn- Eine Tragfläche angehoben. Das obere Bild verdeutlicht die "einwärts" gerichteten Auftriebskräfte, auf beiden Seiten A.
Drunter dann der Trugschluss: Weil die Fläche ja einen Winkel zur Horizontalen hat, ist die Kraft B ja etwas kleiner als A. Noch dazu ist der Hebel l2 ja kürzer als l3. (Bis hierher alles richtig). Damit müsste ja das Moment A*l3 größer sein als B*l2 und dieses Moment das Flugzeug wieder zurückdrehen. Und dabei hat man vergessen, daß auch die Kraft C (die Horizontalkomponente von A) ein Drehmoment aufbringt. Zwar ist die Kraft C bei kleinen Winkeln recht klein, aber am Ende kommt genau wieder 0 raus. (Momentengleichgewicht)

(A*l3 = B*l2+ C*l1).

Ohne die Wirkung des Schiebens kein Aufrichten des Flugzeugs aus dieser Schieflage.

gero
 
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fanavion

fanavion

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Zitat fanavion:

"Ich habe wilco so verstanden, daß er die Auftriebsvektoren der beiden Flügel zerlegt und dadurch ein Moment erhält".

nein, das Moment erhalte ich nicht "durchs Zerlegen"...was für eine Vermutung. Es ergibt sich aus der ungleichen Richtung der Auftriebskraft auf beiden Flügeln bei Schräglage, woraus denn sonst? Ein Pfeil zeigt beispielsweise senkrecht nach oben, der andere ist um den Winkel der V-Stellung zur Seite geneigt. Der Anteil der Seitenrichtung führt zum Schieben, und fehlt mithin beim Heben.
Ich verweise auf die Zeichnung von Gero. Du zerlegst die Auftriebskraft A des rechten Flügels in zwei Komponenten B und C. Du führst dann das Moment ins Feld, das dadurch gebildet wird, daß A des linken Flügels größer als B ist und auch einen größeren Hebelarm hat. Du unterschlägst aber das Moment der horizontalen Komponente C das diesem entgegenwirkt . Siehe auch die Gleichung von Gero.
 

wilco

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...das ist ja beschämend...den Quatsch haben sie uns früher so beigebracht...und als Lehrer habe ich es treudoof so weitererzählt...

Ich habe eben meine ganzen Lehrbücher durchgesehen, alte und neue - die Hälfte falsch, d.h. mit einer Scheinerklärung!?

Ohne Schiebewinkel und Anstellwinkeldifferenz geht es also nicht.

Oh Mist! Erst der Quatsch mit den zwei Teilchen, und jetzt dies...
 
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wilco,

ich finde es bewundernswert und beispielhaft wie Du mit dem Ergebnis dieser Diskussion umgehst das ja deine ursprünglichen Erklärung der Querstabilität widerlegt und Du es so offen zugibst.

Und ich hoffe, Du hast Dich bei dieser Diskussion nicht umsonst abgemüht, wie Du es oben anklingen lässt.

Schönes Wochenende
 
Schorsch

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mit Elbblick
Es gibt verschiedene Art der Stabilität:
- Rollstabilität (eine Rollbewegung wird gestoppt)
- Neigungsstabiliät (ein Neigungswinkel wird zu null zurück geführt)
- Richtungsstabilität (Richtung bleibt erhalten)

Der flugmechanisch Geschulte wird sehen, dass dies jeweils das Integral* des anderen ist.

Rollen integriert ergibt Querneigung
Querneigung integriert ergibt Richtungsänderung (bei horizontalem Flug)

Die Rollbewegung erzeugt einen zusätzlichen Anstellwinkel am niedergehenden Flügel. Dies führt zu einem erhöhten Auftrieb dort und ergo zum besagten gegenteiligen Moment.
Wie man daraus erschließen kann, ist dieser Effekt vorbei, sobald ich die Rollbewegung beende.
Die verbleibende Querneigung wird eben durch die V-Stellung verringert. Allerdings wirkt dies auch stark mit dem Schiebewinkel und anderen Effekten zusammen. Die meisten großen Flugzeuge sind übrigens neutral stabil bis leicht instabil bei der Neigungsstabilität. Die V-Stellung ist ein Mittel, um dies nicht vollkommen entgleisen zu lassen.









*Integral: zeitliche Aufsummierung, ggf. mit Faktor
 
fanavion

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Pendeleffekt

Schorch,

schön daß Du hier vorbeischaust.

In dem Aufsatz Modelling the flight dynamics of the hang glider, wird auf Seite 17 darauf hingewiesen, daß bei Hängegleitern der seitliche Pendeleffekt der Masse des Piloten zur Seitenstabilität beiträgt.

Kannst Du ersehen ob in den dort aufgestellten Bewegungsgleichungen ein "Pendeleffekt" berücksichtigt wird oder ob er nur qualitativ im Text aufgeführt wird.

Wenn ein "seitlicher Pendeleffekt" in die Bewegungsgleichungen eingeht würde ich gerne wissen ob damit das Negative Wendemoment durch Schieben aufgrund der Seitenkraft auf ein FLÄCHE oberhalb des Schwerpunkts gemeint ist, die größer ist als unterhalb.
 
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Ein Hanggleiter hat ein komplett anderes Verhältnis von Trägheitsmassen. Was dort gilt, ist nicht allgemein gültig für alle Flugzeuge.
Vielleicht gibt es auch beim "richtigen" Flugzeug einen Pendeleffekt, aber der ist dann sehr klein im Vergleich zu anderen Kräften.
 
Thema:

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