Anstellwinkel

[Intrepid]

Natürlich verändern nach unten ausfahrende Landeklappen den Anstellwinkel - und auch den Einstellwinkel. Auch wenn es anders in den Lehrbüchern steht. Für das grundlegende Verständnis von Anstellwinkel und Auftriebskraft ist das aber eher hinderlich. Dafür würde ich zunächst ein Flugzeug ohne Landeklappen und ohne Vorflügel annehmen. Und erst, wenn damit alles erklärt, verstanden und verinnerlicht ist, nimmt man Vorflügel, Querruder und Landeklappen mit dazu.

 

[Spartacus]

Nee, nicht wirklich? Einer der grundlegenden Begriffe der Fliegerei und hier herrscht Uneinigkeit unter den Fachleuten, was es denn genau sei?

Der einzige, der bisher eine andere Meinung hat, ist Schorsch. Der Rest scheint sich ja sehr wohl einig zu sein ;-)

Spartacus

 

[Gabi]

Wahrscheinlich muss man in der modernen Aerodynamik auch etwas weg von "verstaubten" Lehrmeinungen. In der Fliegerei, bei der der Auftrieb fast ausschließlich vom Tragflügel kommt, passt das alles mit dem Anstellwinkel, als Winkel zwischen Profilsehne und Anströmrichtung. Andererseits wird bei vielen modernen Militärflugzeugen ein großer Teil des Auftriebs durch den Rumpf erzeugt. Da muss man dann auch den Anstellwinkel als Winkel zwischen Flugzeuglängsachse und Anströmrichtung zumindest mitbetrachten.
Wo ich allerdings so meine Zweifel hab, ist die Aussage, dass man mit dem Ausfahren der Landeklappen den Einstellwinkel verändert. Der definiert sich doch als Einbauwinkel der Tragfläche mit dem Rumpf und ist konstruktiv vorgegeben. Ich kenne nur ein Flugzeug, m.W. die Vought F-8, bei der der Einstellwinkel hydraulisch verändert werden konnte.

 

[JohnSilver]

Das mit der Änderung des Einstellwinkels bei Ausfahren der Klappen ist schon korrekt!

Der Einstellwinkel ist definiert als Winkel zwischen Profilsehne des Flügels und Längsachse des Flugzeugs, wobei die Profilsehne die Linie zwischen Flügelvorderkante und Hinterkante ist. Wenn ich die Klappen betätige, verändert sich auch die Profilsehne und damit auch der Einstellwinkel.

 

[Intrepid]

Im Polardiagramm von Lilienthal finden wir das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand definiert über den Anstellwinkel. Dieser Anstellwinkel ist der Winkel aller umströmten Flächen, also auch des Rumpfes. Nur Tragflächen oder nur Rumpf zu betrachten wäre falsch.

Wenn ich die Stellung der Landeklappen verändere, verändere ich auch den Anstellwinkel. Ich muss zeitgleich die Pitch ändern, damit die Auftriebskraft die gleiche bleibt und das Flugzeug weder sinkt oder steigt. Per Definition ist das eine Änderung des Einstellwinkels, es ändert sich ja auch die Profilsehne, wenn sich das hintere Ende der Klappen nach oben oder unten bewegt.

Diese beiden Aspekte machen die Erklärung des Zusammenhangs zwischen Auftrieb und Anstellwinkel aber schwierig. Ich würde dazu nur eine Tragfläche mit einer Rumpflage genau entlang der Profilsehne und ohne Klappen betrachten.

 

[Schorsch]

Äh, nein.

Ich glaube, da musst Du zwischen "jemand" und Piloten/Luftfahrtingenieuren unterscheiden.
Der Anstellwinkel bezeichnet lt. den Unterlagen, die während meiner Pilotenausbildung verwendet wurden, den Winkel zwischen Tragflächenprofil und anströmender Luft. Denn bei den heute üblichen, nicht aerodynamisch wirksamen, Flugzeugzellen spielt deren Stellung zur anströmenden Luft keine Rolle für die Ermittlung des Auftriebs (wohl aber für die Ermittlung des Widerstands).
Sonst müsstest Du Dir für Hubschrauber noch einen neuen Begriff ausdenken. Da ändert sich der Anstellwinkel nämlich schon während einer Umdrehung des Rotorblatts ständig, während die Lage der Zelle im Raum sich mit Sicherheit (oder hoffentlich) nicht 370 mal in der Minute ändert ;-)

Spartacus

Kannst mal sehen was für ein Murks diese "Unterlagen" bei der Pilotenausbildung sind.
Die Flugmechanik nutzt für die Berechnung von Auftrieb und Widerstand immer den Anstellwinkel des Flugzeugs.
Und am Ende fliegt die Pilotenschar ja ganz tüchtig mit diesen Flugzeugen, trotz ihrer nicht ganz so prickelnden "Unterlagen".


Theoretisch kann ich jedem Objekt irgendwie und irgendwo ein Anstellwinkel zuordnen, ist ja nicht mehr als Winkel zwischen einer gedachten Linie und dem tatsächlichen Fahrtwind.

Natürlich verändern nach unten ausfahrende Landeklappen den Anstellwinkel - und auch den Einstellwinkel. Auch wenn es anders in den Lehrbüchern steht. Für das grundlegende Verständnis von Anstellwinkel und Auftriebskraft ist das aber eher hinderlich. Dafür würde ich zunächst ein Flugzeug ohne Landeklappen und ohne Vorflügel annehmen. Und erst, wenn damit alles erklärt, verstanden und verinnerlicht ist, nimmt man Vorflügel, Querruder und Landeklappen mit dazu.

Ausfahren der Klappen ändert die Referenzebene des Profils. Damit den Profilanstellwinkel (in der 2D-Betrachtung).

In dem Lexikon wird der Anstellwinkel wie folgt definiert:

"Winkel zwischen Profilebene und Anblasrichtung, von dessen Größe Auftrieb und Widerstand des Flügels abhängen.
Nicht zu verwechseln mit Einstellwinkel."

Da moderne Flugzeuge einen Flügel haben, der an keiner Stelle das gleiche Profil hat, wäre das eine reichlich unsinnige Definition. Jedenfalls abseits der 2D Profilaerodynamik (die aber noch niemanden nach Mallorca geflogen hat).

In *diesem* Beitrag habe ich zum Beispiel *diese* Animation präsentiert, um den zeitlichen Ablauf beim Start eines Flugzeuges darzustellen: zuerst "rotiert" ein Flugzeug, dass heißt, es hebt den Bug und rollt aber weiter auf dem Hauptfahrwerk. Der Anstellwinkel nimmt allmählich zu, in der Regel mit 3° pro Sekunde. Wenn der Anstellwinkel groß genug ist (meist so um die 6° - 9°, leere leichte Flugzeuge (Kurzstrecke) auch schon mal früher), ist auch die Auftriebskraft groß genug und das Flugzeug gewinnt an Höhe.

Damit wären beim nächsten "Urban Myth", nämlich dass ein Flugzeug steigt, weil es mehr Auftrieb produziert als es Gewicht hat. Stimmte nur bei Montgolfier.

 

[Talon4Henk]

Natürlich verändern nach unten ausfahrende Landeklappen den Anstellwinkel - und auch den Einstellwinkel. Auch wenn es anders in den Lehrbüchern steht. Für das grundlegende Verständnis von Anstellwinkel und Auftriebskraft ist das aber eher hinderlich. Dafür würde ich zunächst ein Flugzeug ohne Landeklappen und ohne Vorflügel annehmen. Und erst, wenn damit alles erklärt, verstanden und verinnerlicht ist, nimmt man Vorflügel, Querruder und Landeklappen mit dazu.

Natürlich verändert sich durch Flaps und Slats der AoA, da sich die longitudinal chord verändert.

 

[Intrepid]

Damit wären beim nächsten "Urban Myth", nämlich dass ein Flugzeug steigt, weil es mehr Auftrieb produziert als es Gewicht hat. Stimmte nur bei Montgolfier.

Also Pilot bekomme ich ein Kräfteparallelogramm mit Auftriebskraft, Gewichtskraft, Vortrieb und Widerstand erklärt. Das reicht, um ein Flugzeug fliegen zu können und im Notfall auf die richtigen Ideen zu kommen. Du kannst ja mal erklären, was daran die Vereinfachung ist und wie es wirklich ist, wäre bestimmt ein gerne gelesenes Thema. Aber nicht in diesem Thread - obwohl, wir sind ja schon meilenweit von der Frage am Anfang weg und der Threadersteller hat sich längst verkrümelt.

 

[Spartacus]

Kannst mal sehen was für ein Murks diese "Unterlagen" bei der Pilotenausbildung sind.

Nur, weil Du Dich auf eine Zeichnung berufst, sind die Bücher alle Murks?
Welche Quellen hast Du denn für Deine Behauptung außer dem einen Bild, das Du verlinkt hast?

Die Flugmechanik nutzt für die Berechnung von Auftrieb und Widerstand immer den Anstellwinkel des Flugzeugs.

Quelle?
Wenn Du "aerodynamisch wirksame Flächen" gesagt hättest, wären wir ja beieinander. Aber so nicht.
Ich habe spaßeshalber mal bei Google nach "Flugmechanik Anstellwinkel" gesucht.
Der erste Treffer führt mich auf
https://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_maschinenwesen/ilr/tfd/studium/dateien/Flugmechanik_V.pdf
Und da ist auf Seite 62 zu lesen:
"Wird der Flügel angestellt, so ist der Winkel zwischen Profilsehne und Anströmrichtung der geometrische Anstellwinkel"
Da ist nicht vom gesamten Flugzeug die Rede. Passt doch. ;-)

Und am Ende fliegt die Pilotenschar ja ganz tüchtig mit diesen Flugzeugen, trotz ihrer nicht ganz so prickelnden "Unterlagen".

Vielleicht genau deswegen, weil diese Unterlagen gut sind?

Da moderne Flugzeuge einen Flügel haben, der an keiner Stelle das gleiche Profil hat, wäre das eine reichlich unsinnige Definition. Jedenfalls abseits der 2D Profilaerodynamik (die aber noch niemanden nach Mallorca geflogen hat).

Die Definition des Anstellwinkels (https://de.wikipedia.org/wiki/Anstellwinkel) funktioniert an jeder Stelle der Tragfläche.
Dass die Ergebnisse abhängig von der Position unterschiedlich sind, ist dazu kein Widerspruch.

Damit wären beim nächsten "Urban Myth", nämlich dass ein Flugzeug steigt, weil es mehr Auftrieb produziert als es Gewicht hat. Stimmte nur bei Montgolfier.

Mich würde jetzt interessieren, wieso ein Flugzeug (oder Hubschrauber) denn dann fliegt, und wo es dafür dann die "wahren" Erklärungen gibt?

Spartacus

 

[Schorsch]

Also Pilot bekomme ich ein Kräfteparallelogramm mit Auftriebskraft, Gewichtskraft, Vortrieb und Widerstand erklärt. Das reicht, um ein Flugzeug fliegen zu können und im Notfall auf die richtigen Ideen zu kommen. Du kannst ja mal erklären, was daran die Vereinfachung ist und wie es wirklich ist, wäre bestimmt ein gerne gelesenes Thema. Aber nicht in diesem Thread - obwohl, wir sind ja schon meilenweit von der Frage am Anfang weg und der Threadersteller hat sich längst verkrümelt.

Im Prinzip ist es ganz einfach: wenn Auftrieb größer als Gewicht ist, dann habe ich folgende Situation:

(G-A)/m = a

Folglich: ich spüre eine vertikale Beschleunigung. Und genau das spürt man ja auch beim Start. Allerdings nur kurz. Wenn ich zum Start rotiere, erzeuge ich kurzfristig mehr Auftrieb als ich Gewicht, verändere dadurch die Flugbahn. Dann schiebt mich mein Antrieb die schiefe Ebene hinauf. Deine Animation war korrekt.
Würde der Auftrieb dauerhaft größer sein als das Gewicht, würde man einen Looping fliegen.

 

[Spartacus]

Würde der Auftrieb dauerhaft größer sein als das Gewicht, würde man einen Looping fliegen.

Nur, wenn auch die Richtung der Auftriebskraft dauerhaft verändert würde. Das tut der Pilot im Steigflug nur dann, wenn er den Steigwinkel ändern möchte/muss.
Ansonsten ist der Auftrieb im Steigflug immer größer als das Gewicht, sonst geht's nicht aufwärts.

Spartacus

 

[Schorsch]

Nur, weil Du Dich auf eine Zeichnung berufst, sind die Bücher alle Murks?
Welche Quellen hast Du denn für Deine Behauptung außer dem einen Bild, das Du verlinkt hast?

Wenn Du "aerodynamisch wirksame Flächen" gesagt hättest, wären wir ja beieinander. Aber so nicht.
Ich habe spaßeshalber mal bei Google nach "Flugmechanik Anstellwinkel" gesucht.
Der erste Treffer führt mich auf
https://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_maschinenwesen/ilr/tfd/studium/dateien/Flugmechanik_V.pdf
Und da ist auf Seite 62 zu lesen:
"Wird der Flügel angestellt, so ist der Winkel zwischen Profilsehne und Anströmrichtung der geometrische Anstellwinkel"
Da ist nicht vom gesamten Flugzeug die Rede. Passt doch. ;-)

Wie ich schrieb, Anstellwinkel finde ich überall. Da am Flugzeug sehr viele Strömungsereignisse stattfinden,
siehe http://www.homebuiltairplanes.com/forums/attachments/aircraft-design-aerodynamics-new-technology/3786d1246387113-main-wing-position-question-downwash.jpg
ist jeder Winkel grundsätzlich lokal.
Wenn jetzt jemand nach dem Anstellwinkel fragt, dann würde ich den Winkel nehmen, welcher in der Flugmechanik und generell als Referenzwinkel erachtet wird. Und das ist nun mal der Winkel zwischen der (festgelegten) Flugzeuglängsachse und der Anströmung. Die TU Dresden stellt es im Prinzip auf Seite 6 genauso da, Seite 62 zeigt die von mir genannte Profilaerodynamik.
Unglücklich ist die Darstellung eines Flugzeugs, bei welchem Profilsehne und Flugzeuglängsachse genau zusammen fallen. Hätte ich anders dargestellt.

Quellen: ach, da kannst Du alle nehmen.
Man sieht es ja schon daran, dass Flugbahnwinkel und Anstellwinkel zusammen den Nickwinkel ergeben.
Und der ist wie definiert (müsste in den Unterlagen stehen)?

Vielleicht genau deswegen, weil diese Unterlagen gut sind?

Gut genug. "Need to know" Prinzip. Nur sollte der entsprechend "Geschulte" im Hinterkopf haben, dass er da an zwei Nachmittagen kurz mal etwas erklärt bekommt, welches an anderer Stelle jahrelang studiert wird. Dementsprechend würde ich diese "Unterlagen" nicht als Weisheit letzter Schluss nehmen, sondern als Anhaltspunkt.
Alle Beiwerte sind stets auf den Flugzeuganstellwinkel bezogen, alle anderen Definitionen wären auch reichlich unsinnig.

 

[Schorsch]

Nur, wenn auch die Richtung der Auftriebskraft dauerhaft verändert würde. Das tut der Pilot im Steigflug nur dann, wenn er den Steigwinkel ändern möchte/muss.
Ansonsten ist der Auftrieb im Steigflug immer größer als das Gewicht, sonst geht's nicht aufwärts.

Spartacus

Ach Mensch, da googelst Du dir erfolgreich ein deutschsprachiges PDF, dann schau doch mal rein!
Seite 26: L = W * cos(Theta)
Kommt die nächste Preisfrage: welchen Wert muss Theta annehmen, damit L größer wird als W?
[hier können alle ab Klassenstufe 7 mitraten]

 

[Taliesin]

Der erste Treffer führt mich auf
https://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_maschinenwesen/ilr/tfd/studium/dateien/Flugmechanik_V.pdf
Und da ist auf Seite 62 zu lesen:
"Wird der Flügel angestellt, so ist der Winkel zwischen Profilsehne und Anströmrichtung der geometrische Anstellwinkel"
Da ist nicht vom gesamten Flugzeug die Rede. Passt doch. ;-)

Du musst unterscheiden zwischen vereinfachter 2D-Aerodynamik und realer Flugmechanik.
Wie Schorsch schon sagte, hat jeder Flügelquerschnitt ein anderes Profil und einen anderen Anstellwinkel. Wenn man sich auf einen Anstellwinkel einigen will, muss man sich auf die Flugzeugachse beziehen, sonst kann man gar keinen Anstellwinkel angeben.

Nur, wenn auch die Richtung der Auftriebskraft dauerhaft verändert würde. Das tut der Pilot im Steigflug nur dann, wenn er den Steigwinkel ändern möchte/muss.
Ansonsten ist der Auftrieb im Steigflug immer größer als das Gewicht, sonst geht's nicht aufwärts.

Spartacus

Nein, die Betrachtung von Schorsch ist korrekt. Wenn der Auftrieb größer ist als das Gewicht, habe ich eine Beschleunigung nach oben. Wenn ich gleichmäßig steige, dann ist Auftrieb auch gleich Gewicht, wenn man sowas wie Reibung mal weg lässt.
Oder andersrum gesagt, wenn meine Vertikalgeschwindigkeit nicht steigt, habe ich keine Beschleunigung, also habe ich auch keinen Kraftüberschuss. Also muss Auftrieb gleich Gewicht sein.

 

[Petex]

Hier gehts ja heiß her
Aber vergeßt nicht, daß ich blutiger Laie bin.
Nochmal zusammengefasst:
Wenn das Flugzeug gerade am Boden steht, oder gerade in der Luft ist, dann sind die Tragflächen auch gerade.
Wenn es steigt, also in schräger Lage ist, dann sind es die Tragflächenn auch, oder? Das ist diese Sache mit dem Anstellwinkel?
Und dann werden Klappen ausgefahren, damit die Tragflächen trotz der Steigung gerader sind? Ich hoffe, ihr wisst was ich meine

 

[Schorsch]

Hier gehts ja heiß her
Aber vergeßt nicht, daß ich blutiger Laie bin.
Nochmal zusammengefasst:
Wenn das Flugzeug gerade am Boden steht, oder gerade in der Luft ist, dann sind die Tragflächen auch gerade.
Wenn es steigt, also in schräger Lage ist, dann sind es die Tragflächenn auch, oder? Das ist diese Sache mit dem Anstellwinkel?
Und dann werden Klappen ausgefahren, damit die Tragflächen trotz der Steigung gerader sind? Ich hoffe, ihr wisst was ich meine

Flügel sind bei einem heutigen Verkehrsflugzeug nie "gerade" mit dem Flugzeug verbunden. Sprich, selbst wenn das Flugzeug gerade in der Luft liegt, haben die Tragflächen einen gewissen Winkel zur anströmenden Luft, sie produzieren somit Auftrieb.

Je langsamer ein Flugzeug fliegt, desto größer muss der Winkel zur anströmenden Luft sein, um ausreichend Auftrieb zu produzieren.

Klappen erhöhen die Fähigkeit der Tragfläche Auftrieb zu produzieren.

Beim Steigflug ist das Flugzeug nicht "gerade", aber nur ein Teil des Winkels dient des vermehrten Auftriebs. Bei einem normalen Start (A320) ist schon nach etwa 2 Minuten der Anstellwinkel erreicht, der auch im gesamten Flug vorherrscht.
http://129.78.67.13/climb.jpg

Hier sieht man ein Flugzeug, welches in etwa den maximalen Anstellwinkel hat (das Flugzeug hat faktisch keine Vertikalgeschwindigkeit in diesem Moment).
http://www.boeingimages.com/Docs/BOE/Media/TR3_WATERMARKED/b/0/2/d/BI223683.jpg
http://2.bp.blogspot.com/-JoTW_m8rfZM/U0Hd3w7t8qI/AAAAAAAAO7Y/kcsWCIrSyHg/s3200/image.jpg

 

[GorBO]

Hier gehts ja heiß her
Aber vergeßt nicht, daß ich blutiger Laie bin.
Nochmal zusammengefasst:
Wenn das Flugzeug gerade am Boden steht, oder gerade in der Luft ist, dann sind die Tragflächen auch gerade.
Wenn es steigt, also in schräger Lage ist, dann sind es die Tragflächenn auch, oder? Das ist diese Sache mit dem Anstellwinkel?
Und dann werden Klappen ausgefahren, damit die Tragflächen trotz der Steigung gerader sind? Ich hoffe, ihr wisst was ich meine

Schön das Du noch dabei bist, obwohl es mittlerweile doch sehr theoretisch geworden ist! Leider ist bei dem Thema gar nichts einfach und jede Vereinfachung bringt Fehler in die Überlegung.
Und "gerade" ist hier ein relativer Begriff. Wenn Du damit einen Anstellwinkel von 0° meinst, dann stimmt er nur in einer begrenzten Anzahl von Fällen. Denn um es noch komplizierter zu machen, gibt es Profilformen die bei 0° und ausreichender Geschwindigkeit bereits Auftrieb erzeugen.
ABER im Prinzip hast Du recht, wenn wir "schräg" durch "die Längsachse des Flugzeugs nach oben gekippt" ersetzen.
Die ganze Klappengeschichte würde ich erstmal ausklammern, denn die nehmen nur mittelbar Einfluß auf den Anstellwinkel. Primär verändern Klappen und Vorflügel nämlich die o.g. Profilform, so dass auch bei geringerer Geschwindigkeit Auftrieb erzeugt wird.

 

[Intrepid]

Wenn das Flugzeug gerade am Boden steht, oder gerade in der Luft ist, dann sind die Tragflächen auch gerade.
Wenn es steigt, also in schräger Lage ist, dann sind es die Tragflächenn auch, oder? Das ist diese Sache mit dem Anstellwinkel?

Ob ein Flugzeug gerade oder schräg ist, hängt von der Fluggeschwindigkeit ab:
- Im schnellen Reiseflug ist ein Flugzeug gerade (Anstellwinkel um die 0°)
- wenn es langsam fliegt, hat es eine schräge Lage (Anstellwinkel um die 10°)

- wenn es schnell einem um 5° nach oben zeigendem Flugweg folgt, hat es relativ zum Horizont eine schräge Lage von 5°.
- wenn es langsam einem um 5° nach oben zeigendem Flugweg folgt, hat es relativ zum Horizont eine schräge Lage von 15°.

Und dann werden Klappen ausgefahren, damit die Tragflächen trotz der Steigung gerader sind? Ich hoffe, ihr wisst was ich meine

Lass die Landeklappen mal weg, zuerst kümmern wir uns um ein Flugzeug ohne Landeklappen.

 

[Petex]

Hier sieht man ein Flugzeug, welches in etwa den maximalen Anstellwinkel hat (das Flugzeug hat faktisch keine Vertikalgeschwindigkeit in diesem Moment).
http://www.boeingimages.com/Docs/BOE/Media/TR3_WATERMARKED/b/0/2/d/BI223683.jpg
http://2.bp.blogspot.com/-JoTW_m8rfZM/U0Hd3w7t8qI/AAAAAAAAO7Y/kcsWCIrSyHg/s3200/image.jpg[/QUOTE]

Woran erkennt ein Laie bei diesen Fotos den Anstellwinkel?

 

[Intrepid]

Woran erkennt ein Laie bei diesen Fotos den Anstellwinkel?

An dem Hinweis im Text, dass die Vertikalgeschwindigkeit null ist, das Flugzeug sich horizontal bewegt und nicht steigt.