Funktion A380 Seitenruder

Diskutiere Funktion A380 Seitenruder im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Hallo, auf dem Video ist deutlich zu sehen , wie das Seitenruder ( Vertikaler Stabilisator) in 2 Teile unterteilt ist. In der Luft sieht es so...

Unwissend

Testpilot
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Hallo, auf dem Video ist deutlich zu sehen ,
wie das Seitenruder ( Vertikaler Stabilisator) in 2 Teile unterteilt ist.
In der Luft sieht es so aus, als wenn manchmal die beiden Ruder gegeneinander arbeiten.

Welches von Rudern wird mit dem Fuß, welches mit von dem Autopilot gesteuert?

Und nach dem aufsetzten gehen beide absolut syncron, Landing Modus?
Wie ist die Funktion im Fly by Wire vorgesehen?

Grüße Frank
 
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Space Cadet
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Bei der A380 ist quasi ein "FullScale"-FBW verbaut, sprich alle Ruder werden direkt und ohne (störendes) mechanisches Backup angesteuert. Autopiloten in der Form wie man dies von früheren Flugzeugen kennt (B777 oder A330/A340) gibt es hier auch nicht mehr. Man hat die Aufgaben des Autopiloten also direkt mit in das FBW-System bzw. deren Rechnerarchitektur integriert.
Verbaut werden in der A380 nun 3xPRIM und 3xSEC, also 6 Fluglagerechner, wobei die PRIMs die "schlauen" sind und das eigentliche FBW darstellen können, die SECs haben zwar Nebenaufgaben, aber sind eigentlich die "blöden" Rechner und dienen vor allem Ansteuerung der Steuerflächen (Servo Loop).

Wenn das FBW also voll funktioniert, dann bekommen die 3 PRIMs alle nötigen Daten (und das sind ne Menge), die Inputs der Piloten sind ein Teil davon. Einer der drei PRIMs ist nun der "Master" und berechnet aus den Inputs nun die nötigen Outputs für ALLE Steuerflächen. Diese Steuerbefehle werden nun an die anderen 2xPRIMs und 3xSECs gesendet. Jeder Rechner für sich steuert die nun ihm unterstellten Flächen an, nimmt aber nur die Servo-Loop-Aufgabe war. Hintergrund ist, dass jeder Fluglagerechner (PRIM oder SEC) nur bestimmte Flächen ansteuern kann. Zum einen um einen Komplettausfall eines Rechners zu kompensieren, bzw. andersrum, wenn ein Rechner schlagartig den Geist aufgiebt (Worst Case wär sogar mit nicht befohlenen Ruderausschlägen), dann sollte das von den anderen Rechner kompensiert werden können. Zum anderen hat jeder Fluglagerechner nur eine begrenzte Kapazität (Kanäle) für die Ansteuerung von Steuerflächen, die Verbindung von Fluglagerechner zu Steuerfläche ist analog.

Sprich, egal wie komisch die Steuerflächen ausschlagen mögen (und bei der A380 gibt es da wilde Kombinationen), das kommt in aller Regel vom PRIM1 (welcher immer der Master ist, sofern es dem Flugzeug gut geht). Der eigentliche Ruderausschlag (egal ob Rudder/Aileron/...) ist dabei eben ein Mix aus den Anforderungen verschiedener Systeme und den Inputs von Piloten (Alternativ AP-Teil in den PRIMs). Das können sein Dämpffunktionen für den Passagierkomfort, Dämpffunktionen um die Struktur zu entlasten, Yaw-Damping-Signale, "richtige" Inputs der Piloten über die Pedale und dann auch ganz klassisch die Korrektur des FBW im Falle von zb. Böen.

Um zur Frage zurück zu kommen: Die Steuersignale beider Rudder kommen aus einer Quelle. Warum die unterschiedlich (und so deutlich) ausschlagen, kann ich auch nur Mutmaßen, es wird eine Kombination der aufgeführten Funktionen sein. Ich vermute der Hintergrund wird irgendwo darin liegen, dass das untere Rudder bzw. dessen Struktur weniger "flext" und ziemlich kurzfristige Befehle, die auch nur kurz anliegen (Böen), besser umsetzten kann. Der Eintrag des Rollmoments ist ja auch geringer und die Struktur wird auch im geringeren Maße belastet.
Die Umsetzung ist bei der A380 aufgrund des Aufbaus der Flugsteuerung eben leichter umzusetzen, als bei herkömmlichen Flugzeugen, die zwar auch mal geteilte Rudder haben (MD11;B747), dies hier aber eher eine reine Redundanzgeschichte ist.

Nach der Landung geht das FBW in einen "Ground-Mode". Ist insofern logisch und auch nötig, weil das Flugzeug am Boden auf Steuerbefehle nicht mehr mit einer Lageänderung reagiert, und dies ist ja die Führungsgröße der FBW-Reglerstruktur. Am Boden kann das FBW also nicht mehr viel beitragen und macht zwar noch Sachen wie die Ailerons mit als GRD-Spoiler zu nutzten, generell gilt aber nun, dass die Inputs der Piloten nun einfach an die Steuerflächen weitergegeben werden.
 

Unwissend

Testpilot
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Danke für die ausführliche Erklärung . Grüße Frank
 
Intrepid

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... Dämpffunktionen um die Struktur zu entlasten ...
Als ich das Video gesehen habe, musste ich sofort an *AA 587* denken. Fatale Steuereingaben, die zum Versagen der Struktur führen, sind dann nicht mehr möglich?
 
Captain Murdock

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Testpilot
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In erster Linie mal ein Dank an „cool“ für seine schöne Beschreibung über die Funktionsweise der modernen Airliner Systeme.

Grundsätzliche Frage:
Warum ist das Seitenruder eigentlich zweigeteilt und wann braucht man überhaupt das Seitenruder?

Beim A380 ist das Seitenruder geteilt (Split Rudder) weil man damit Redundanz schaffen möchte und gleichzeitig die Kräfte am Seitenleitwerk reduzieren will. Bei hohen Geschwindigkeiten wird nur das untere Seitenruder genutzt und das obere bleibt in der Neutralstellung. Würde man bei hohen Geschwindigkeiten den oberen Teil mit nutzen dann hätte man eine viel zu starke Torsion im Leitwerk und damit eine viel zu große Belastung an der Verbindung zum Rumpf.

Genau das ist auch der Grund warum bei hohen Geschwindigkeiten die äußeren Querruder entkoppelt sind und man nur die inneren (Spoiler) bei hohen Geschwindigkeiten nutzt. Zusätzlich gibt es beim Flügel noch aerodynamische Gründe aber das würde hier den Rahmen sprengen. Der A380 nutzt auch deshalb das geteilte Ruder, weil das Seitenleitwerk nun mal viel größer ist als bei allen anderen Modellen. Man muss sich vorstellen, die Finne ist fast genau so groß wie ein Flügel vom A400M!
Die beiden Seitenruder arbeiten niemals gegeneinander denn das macht zum einen keinen Sinn und zum anderen ist das eine unglaubliche Belastung für das Seitenleitwerk. Es kann aber durchaus sein, dass das untere Seitenruder mehr oder weniger ausschlägt als das obere. Betrachtet man das Video könnte man denken sie arbeiten gegeneinander aber das ist nur eine optische Täuschung was mit der Lackierung zu tun hat.

Was auch viele nicht wissen ist wann man das Seitenruder bei Airlinern braucht. In der Luft macht der Pilot keine Steuerbewegungen mit dem Seitenruder, das macht alles der Computer denn er verfügt über das nötige Feingefühl damit der Flieger nicht hin und her wackelt. Sonst wird den Passagieren, insbesondere hinten, sehr schnell übel. Der Pilot verwendet das Seitenruder nur kurz beim Start, bei der Landung und wenn ein Triebwerk ausfällt. Durch einen Ausfall hat man einen asymmetrischen Schub und man gleicht es mit dem Seitenruder und der Seitenrudertrimmung wieder aus.

Hier kann man sich das Patent vom geteilten Seitenruder angucken:
Patent US5655737 - Split rudder control system aerodynamically configured to facilitate closure


Anmerkung zum Video und dem Piloten:

In den Presseberichten wird der Pilot für seine Leistung gelobt aber jeder der Ahnung von der Materie hat oder gar selbst Pilot ist weiß, das war alles andere als eine gute Landung. Der Pilot wird mit Sicherheit eine Unterredung mit dem Flugbetriebsleiter und Sicherheitspiloten führen müssen und ich denke er wird auch nochmal in den Simulator müssen um diese Art von Landungen zu üben.

Warum? Schauen wir uns das Video mal an, der Pilot (bzw. pilot flying) setzt zur Landung an und aufgrund des Seitenwindes steuert er die Nase (mit dem Seitenruder) in den Wind der von rechts kommt (beim Betrachter die linke Monitorseite) hinein. Bei großen Flugzeugen landet man nicht mit der hängenden Fläche in den Wind da durch die große Spannweite und Massenträgheit es in der Nähe vom Boden Probleme geben kann. Zum anderen ist es für den Komfort der Passagiere nicht besonders angenehm so schräg zu sitzen. Also dreht man die Nase in den Wind und fliegt „schräg“ an.

Klar das Wetter ist Turbulent und so ein großes Flugzeug (große Angriffsflächen) ist dann nicht einfach zu landen, bis 30 m über der Bahn macht der Pilot alles richtig und gut.

Aber jetzt kommt der entscheidende Moment, das ist der bei dem man rechtzeitig ins Seitenruder treten muss um die Nase wieder gerade zu nehmen denn man will gerade aufsetzen und nicht schräg/schiebend. Dies wäre sonst eine unglaubliche Belastung für das Fahrwerk, welches beschädigt werden könnte oder ggf. wegbrechen/wegklappen könnte!
Im Video tritt der Pilot viel zu spät ins Seitenruder um das Flugzeug gerade zu nehmen ODER man kann sagen er hat zu wenig ins Seitenruder getreten (beides ist möglich), wenige Sekunden Später sieht der Pilot das die Ausschläge nicht ausgereicht haben und tritt nochmal ins Seitenruder, achtet mal drauf wenn ihr euch das Video anschaut. Dieser zweite Tritt kommt zu spät denn man sieht der Flieger bekommt ein Drehmoment nach links und das ganz knapp über den Boden was zur Folge hat, dass der Flieger schräg aufsetzt (große Belastung für das Fahrwerk!). Sowas will man als Pilot so gut es geht vermeiden.

Jetzt ist der Flieger am Boden und nun kommt das zweite große Problem ins Spiel, der zur Verfügung stehende Platz sprich die Breite der Runway. Der Flieger dreht jetzt auf der knappen Runway viel zu sehr hin und her was absolut nicht sein darf. Dies ist das Resultat der nun zu großen Steuerimpulse des Piloten. Man darf hier auch von Glück reden, dass im Flügel nicht mehr viel Sprit drin war denn schaut man sich die Tragflächen an sieht man das diese bei dem ganzen Manöver in Bodennähe sich ziemlich senken. Wäre noch mehr Sprit im Tank gewesen wären die Flügel schwerer gewesen und die Triebwerke hätte vielleicht Bodenkontakt bekommen. Ich glaube das genau dies bei einer Maschine von Quantas passiert ist.

Alles im allen keine einfache Landung gerade mit so einen großen Flugzeug aber genau dafür werden wir Piloten trainiert und hier sind Fehler passiert die einfach nicht passieren dürfen.
 
Intrepid

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Aber jetzt kommt der entscheidende Moment, das ist der bei dem man rechtzeitig ins Seitenruder treten muss um die Nase wieder gerade zu nehmen denn man will gerade aufsetzen und nicht schräg/schiebend. Dies wäre sonst eine unglaubliche Belastung für das Fahrwerk, welches beschädigt werden könnte oder ggf. wegbrechen/wegklappen könnte!
Die Fahrwerke von Verkehrsflugzeugen sind so konzipiert, dass man schräg zur Bewegungsrichtung aufsetzen darf oder soll. Meines Wissens bis zu 45° Crab!

Bevor wir darüber streiten: wie steht es denn im Handbuch des A380 drin?

*So* (Video) kenne ich das. Oder *so*.
 
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Als ich das Video gesehen habe, musste ich sofort an *AA 587* denken. Fatale Steuereingaben, die zum Versagen der Struktur führen, sind dann nicht mehr möglich?
Ob sowas aktiv vom FBW gedämpft wird, kann ich dir nicht sagen, aber lt. AI sind diese zyklischen starken Rudder-Inputs immer noch schwer verboten. Es wird auch ganz klar gesagt, dass es im Zweifel zu Strukturschäden kommen kann.

Bei hohen Geschwindigkeiten wird nur das untere Seitenruder genutzt und das obere bleibt in der Neutralstellung.
Ein Rudder-Lockout im Flug wär mir komplett neu, ich könnte noch nicht mal beschwören, ob es tatsächlich ein Aileron-Lockout gibt (so wie bei fast allen Flugzeugen mit mehr als einem Aileron). Zwar wird der Ausschlag Geschwindigkeitsabhängig begrenzt, aber das gilt für beide Rudder gleichermaßen (allerdings unterschiedlich stark, sprich das obere wird im Maximalausschlag etwas stärker begrenzt als das untere).

Ein richtiger Aileron-Lockout ist bei FBW-Flugzeugen ohnehin nicht wirklich notwendig, weil die Rechner ja über Anzahl und Ausschlag der Steuerflächen entscheiden, es gibt ja keinen direkten Zusammenhang zwischen Steuerinput zu Steuerflächenausschlag. Ist ja ohnehin schon so, dass die Rollspoiler bei kleinen Rollraten nicht dazu genommen werden.
Bei der A330/A340 gibt es sowas aber nur Teilweise, sprich im Manual-Flight (aber mit FBW) wird das äußere Aileron nur bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit genutzt. Wenn der AP fliegt, dann ist dieser Lockout fast vollständig aufgehoben.
Bei der B777 gibt es einen geschwindkeitsabhängigen Lockout (das geht fließend), dies gilt auch im AP-Modus, Hintergrund hier ist aber, dass das System der B777 etwas anders funktioniert, das FBW weiß im Grunde garnicht, ob die Steuerinputs vom Piloten oder vom AP kommen.

Ob es nun einen Aileron-Lockout bei der A380 gibt, weiß ich nicht zu 100%. Die Systeme werden immer "integrierter" und verwobener, immer mehr Funktionen die nur mehr schwer die einzelnen Systembestandteile erkennen lassen. Dazu kommt, dass die Hersteller sich immer weniger in die Karten schauen lassen und kaum mehr Details über ihren Systemaufbau verraten.


Vorneweg: Ich bin kein Pilot, aber ich finde die Landung auch eher holprig, wenngleich die Umstände sicherlich nicht einfach waren. Was mich ein wenig stört sich die starken Bewegungen um die Hochachse nach der Landung die offensichtlich auch durch die starken Rudderinputs kommen. Sieht ein wenig so aus, wie ein Auto, dass sich aufgrund des Gegensteuerns nur noch mehr aufschaukelt.
 
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Was mich ein wenig stört sich die starken Bewegungen um die Hochachse nach der Landung die offensichtlich auch durch die starken Rudderinputs kommen.
Das Flugzeug hebt nach dem ersten Aufsetzer noch einmal kurz ab, sackte halt vorher durch und deshalb wurde die Pitch abrupt erhöht. Im gleichen Moment gibt der PF Seitenruder links um den Vorhaltewinkel raus zu nehmen. Das Flugzeug befindet sich wieder in der Luft, der Seitenwind kann noch einmal schieben, das Fahrwerk ist wieder frei und dämpft und korrigiert nicht den Richtungsimpuls und das Flugzeug dreht sich leichter um die Hochachse. Deshalb ist der Bewegungsablauf nicht schön smooth und erinnert mehr an Rodeoreiten. Nach der dritten Korrektur (links - rechts - links) sind die groben Bewegungen um die Hochachse vorbei, Seitenruderarbeit ist aber immer noch zu erkennen.
 
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Space Cadet
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Ich hab mir das gerade nochmal "in langsam" angesehen und es stimmt schon, die Inputs sind nötig und stehen nicht übermäßig lange über die erforderliche Korrektur hinaus an. Sehr theoretisch (idealer Regler) müsste der Input noch vor erreichen der Centerline (also Flugzeug wieder gerade ausgerichtet) komplett raus genommen werden. Bis das Ganze von den Ohren übers Hirn und Füsse am Rudder landet (und das auch noch bewegt werden will) dauert es natürlich nen Moment.
Insofern revidiere ich da mal meinen Tadel, war sicherlich ordentlich "bumpy" :whistling:

Sieht halt nicht immer so hübsch aus wie hier:
 
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Bei frontalen Aufnahmen von Seitenwind-Landungen mit sehr hohen Brennweiten sollte man eher vorsichtig mit Analysen der fliegerischen Leistungen sein.
Jeder Spotter wird mir bestätigen können, das bei hohen Brennweiten dass Vorder- und Hintergrund sehr stark zusammen komprimiert werden, sprich es entsteht ein stark verfälschter Eindruck zwischen der Bewegung quer und entlang der Landebahn.

Einfacher ausgedrückt, in dem Video sieht man nur die seitliche Bewegung gegen den Wind. Man vergisst aber leicht, dass das Flugzeug sich beim Touchdown immer noch mit ca 250-300 Km/h vorwärts bewegt.
 
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