Querruderanordnung

Diskutiere Querruderanordnung im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Hallo Mal eine kleine technische Frage. Bei einem normalen Flugzeug sind die Querruder ganz Aussen bei der Tragfläche angebracht. Und damit...

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  1. Lubeo

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    Hallo

    Mal eine kleine technische Frage.

    Bei einem normalen Flugzeug sind die Querruder ganz Aussen bei der Tragfläche angebracht.
    Und damit diese im Falle eines Strömungsabrisses als letzte nicht mehr angeströmt werden erfährt die Tragfläche eine Schränkung nach aussen hin.

    Nun aber gibt es Fälle bei denen die Querruder nicht ganz Aussen angebracht sind. Warum? Kann es sein, dass in dem Geschwindigkeitsbereich wo diese in der Regel fliegen ein voller Querruderausschlag eine zu hohe Rotation um die Längsachse bewirkt? Oder wäre ein voller Ausschlag ohne "Dämpfung" dann für die Struktur ungesund,weswegen man die Querruder nach innen versetzte?
    Dem entsprechend, wenn die Querruder weiter innen sind, welchen Sinne hätte dann noch eine Schränkung des Flügels?


    MfG
    Lubeo
     
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  3. #2 Schorsch, 09.07.2011
    Schorsch

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    Die F-16 ist vielleicht kein gutes Beispiel. Als erstes richtiges Fly-By-Wire Flugzeug hat man hier neuartige Dinge tun können. Einen F-16 Flügel kann man strukturell auch kaum überfordern.

    Bei Verkehrsflugzeugen ist das anders.
     
  4. cool

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    Das 2. Beispiel mit der F16 ist vieleicht etwas unpassend, bin mir nicht sicher, aber die Flaperons funktionieren nur bis zu einer gewissen Geschwindigkeit, dann werden die Elevons übernehmen.
    Einige grosse Flugzeuge, haben das aber genauso und dort ist der Unterschied noch etwas besser zu sehen:

    Anhänge:



    In dem Beispiel fungiert das Flaperon oder Inboard Aileron teils als Flap, dann als normales Aileron (oder auch high Speed Aileron). Bei der B777 werden die äusseren Ailerons in der Mittelposition "gelockt", sobald das Flugzeug im Cruise ist, das ist dan eine Funktion von CAS und Höhe.
    Heist für uns: weil nahezu immer Inboard und Outboard Ailerons verbaut sind, macht die Flügelstreckung in dem Fall nach wie vor Sinn.

    Dazu kommt, dass die meisten Flugzeuge, die dies betrifft, einen nach hinten gepfeilten Flügel besitzten, dieser hätte eine ungleichmässige Auftriebsverteilung nach aussen hin, was einmal die Flügelwurzel zusätzlich belasten würde (konstrucktive Maßnahmen würden dann auch das Flugzeuggewicht beeinflussen) und den induzierten Widerstand anheben würde (aufgrund des hohen Druckunterschieds an den Flügelenden).
    Zumnindest ist das so meine Theorie :)

    Gruss
     
  5. #4 MiG-Mech, 09.07.2011
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    Um den induzierten Widerstand zu verringern.
     
  6. #5 Schorsch, 09.07.2011
    Schorsch

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    So ganz verständlich ist das bei den Boeings aber nicht: einerseits sind B777 und B787 voll Fly-by-Wire, gleichzeitig hat man diese High-Speed Ailerons. Eigentlich kann man mit FBW die Ailerons wunderbar steuern.
     
  7. #6 MiG-Mech, 09.07.2011
    MiG-Mech

    MiG-Mech inaktiv

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    Der Flügel ist ja elastisch und beim Einsatz der äußeren Querruder verwindet und biegt sich der Flügel. Vielleicht versucht man das zu vermeiden und nutzt deshalb weiterhin inneren Querruder.
     
  8. #7 atlantic, 09.07.2011
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    Dieses System mit den äusseren und inneren Ailerons hat auch schon die "hochmoderne" B 707 und da ist noch alles Seilgesteuert:TD:.

    Die äusseren Querruder werden bei ihr z. B. nur beim langsamflug ( Start Landung ) eingesetzt, natürlich zusätzlich zu den inneren.

    Ab ´ner bestimmten Geschwindigkeit werden die äusseren Ruder mehr oder weniger mechanisch geblockt so das sie keinen Steuerimpuls mehr bekommen.

    Als Grund dafür: bei Reisegeschwindigkeit sind nur minimale Ausschläge zur Steuerung nötig und dafür sind die inneren Ailerons vollkommen ausreichend. Zumal die Ailerons ja auch noch von den Spoilern unterstützt werden.

    ( so weit dazu mein Halbwissen:?! aus der Typeneinweisung )


    Die Mig 21 hatte die Querruder auch nicht ganz draussen, aber da wäre bei der dünnen Fläche auch gar kein platz für ´ne vernünftige Lagerung gewesen:D:D:D
     
  9. cool

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    Vermutlich auch für den Fall, dass man in Direct Mode fällt, aber Airbus kanns auch anders, ich vermute das Ganze ist auch irgendwie historisch gewachsen.
    Die B777 hat auch ein Anti-Balance-Tab, wofür die sowas nun braucht ->? andere Flieger ähnlichen Kalibers kommen ohne aus, den die Rudderfläche sollte gross genug sein.
     
  10. #9 Schorsch, 10.07.2011
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    Wenn man sich den Grundriss der B777 und B787 Tragfläche so anschaut, dann sind die inneren Querruder auch ein essentieller Bestandteil des High Lift Systems. Man nennt sie auch "Flaperons" (Flap & Aileron). Die Tatsache, dass man es bei Airbus anders macht, zeigt, dass die Unterschiede wohl minimal sind. Boeing neigt tendenziell zu den weniger komplexen Lösungen, welche dann allerdings marginal an der Effizienz nagen (siehe B737 Flügel, Fehlen von Trimm-Tanks).
     
  11. Lubeo

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    Danke, eine Erklärung.


    OT:

    Warum macht man dann nicht bei den kleineren "Städtehüpfern" nicht elastische/beweglich Winglets, die sich je nach Anströmwinkel verdrehen, so dass kein induzierter Widerstand entseht? :?!


    Mit High-Speed Ailerons ist nicht per Zufall TEVC gemeint?


    Vielleicht versucht Boeing dadurch Kosten zu reduzieren durch die Verringerung der Teilevielfalt ohne dabei Einbussen hinzunehmen bei Vmin und gleichzeitiger guter Steuerbarkeit.
     
  12. #11 Taliesin, 11.07.2011
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    Induzierten Widerstand kann man nie verhindern, der ist immer Teil des Auftriebs. Man kann das auch zeigen, weil Auftrieb auch ausgedrückt werden kann als Kreisintegral der Zirkulation. Man kann zeigen dass ohne Wirbel und induzierten Widerstand kein Auftrieb möglich ist.
    Winglets können ihre Wirkung auch nur auf Reiseflughöhe richtig ausspielen. Winglets produzieren immer zusätzlichen Formwiderstand, der durch den geringeren induzierten Widerstand ausgeglichen werden muss.
    Die 747-400, die JAL und ANA auf Inlandsflügen einsetzen haben aus dem Grund zum Beispiel auch keine Winglets.
    Nein.
     
  13. #12 Del Sönkos, 11.07.2011
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    Interessant!
    Ich dachte immer, die Luft müsse immer möglichst laminar, also ohne Wirbel, am Flügel anliegen!
    Kannst du das -wenn möglich- kurz erläutern oder auf eine für keinen Profi nachvollziehbare Quelle verweisen? Oder hab ich da was durcheinander gebracht :)

    Danke
     
  14. #13 Taliesin, 11.07.2011
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    Auf der Wikipediaseite steht das hier:
    Das ist die etwas vereinfachte Version davon.
    Hier steht es fast genau so, wie wir es in Strömungslehre auch gemacht haben.
    Das ist eine sehr abstrahierte Darstellung von Auftrieb und nicht unbedingt mit einfachen Mitteln vorstellbar, zeigt aber sehr gut die Verknüpfung der Wirbelschleppe und Auftrieb.
     
  15. #14 Schorsch, 11.07.2011
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    So, die High Speed Ailerons sind wohl in der Tat eine andere Optimierung. Man spart Torsion in den äußeren Flügeln, man kann das HL-System wohl einfacher gestalten. Viele kleine Abwägungen. Wie knapp die Sache ist sieht man bei Airbus: A300/310 hatten die Dinger noch, A330/340 nicht mehr.
     
  16. cool

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    Der Induzierte Widerstand leitet sich aus der Druckdifferenz zwischen Oberseite und Unterseite der Tragfläche ab, bzw. entsteht dadurch, heisst aber nciht, das man nicht ohne ihn fliegen könnte, wenn es technsich machbar wäre, beim Anfahrwirbel am ende der Tragfläche (und dieser Wirbel ist ja um 90° gederht, zu den durch induzierten Widerstand ausgelöste Wirbelschleppen) sieht es nun wieder anders aus.

    Hmm, jetzt wirds komplizierter und nciht das wir zuviel durcheinander schmeissen:

    1. ist das "Gegenteil" einer laminaren Strömung eine turbulente Strömung, Wirbel sind hier erstmal nciht vorhanden. Laminare Strömungen werden an Segelflugzeugen und ähnlichen Größen (man könnte auch sagen, Flugzeuge mit Profilen die kleine Reynoldsche Zahlen aufweissen) angestrebt, weil in einer laminaren Strömung der Reibungswiderstand geringer ist, dafür der Formwiderstand grösser.
    Verkehrsflugzeuge bewegen sich in grossen RE-Zahlen und demzufolge ist es, auf den Widerstand bezogen, günstiger in turbulenter Strömung unterwegs zu sein.

    2. der Anfahrwirbel von dem hier gesprochen wird, bildet sich hinter der Tragfläche und weil dieser Wirbel nciht alleine auftritt, bildet sich ein 2. Wirbel, der aber (imaginär gesehen) um das Tragflächenprofil kreist, entsprechend auf die Luftgeschwindigkeiten addiert/subtrahiert wird und somit dem Auftrieb nützlich wird, bzw. hierdurch erst möglich wird.
    Wobei bei letzterem lasse ich mich gerne berichtigen, weil es dazu wohl mehrere Unterschiedliche Thesen gibt, die alle nicht so 100%ig eindeutig sind, deswegen höre ich auch mal gerne die "Hochschulfassung" bzw. die aktuelle "richtige" Auffassung.
     
  17. Lubeo

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    Die Wirbel (zum grafischen Verständis):

    [​IMG]
     
  18. #17 Taliesin, 12.07.2011
    Taliesin

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    Der induzierte Widerstand leitet sich ebenso aus der Abwärtsbewegung des Fluids hinter dem Flügel ab. Impuls und Druckdifferenz sind die beiden wesentlichen Teile des Auftriebs, die auch den induzierten Widerstand bedingen.
     
  19. #18 A.G.I.L, 13.07.2011
    Zuletzt bearbeitet: 13.07.2011
    A.G.I.L

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    Wenn ich mich an meine Segelflugausbildung noch richtig erinnere, soll die Schränkung u.a. einem frühzeitigem Strömungsabriss im Aussenbereich der Tragfläche vorbeugen, sodass des Flugzeug stabiler um die Längsachse bleibt.

    Wie sehr sich das auswirken kann, habe ich mal an einem RC-Modell erfahren: Das Modell hatte einen Flügelgrundriss (Draufsicht) mit recht starker Zuspitzung zu den Randbögen hin. Einer solchen Flügelgeometrie sagt man ein recht kritisches Langsamflugverhalten aufgrund der "Tipstalls" nach, jedenfalls im Modellflug.

    Genauso verhielt sich das Modell, bei der Landung kippte das Modell gerne plötzlich über eine Fläche ab. Als Gegenmassnahme stellte ich beide Querruder minimal nach oben, was eine einfache aerodynamische Schränkung bewirkt. Damit war das Problem so gut wie behoben, das Modell blieb um die Längsachse wesentlich stabiler.

    Bei der MiG 29 stehen die Querruder in Neutralstellung ebenfalls etwas hoch, hat den gleichen Grund.

    Gruß A.G.I.L
     
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  21. #19 happy-landings, 26.08.2011
    happy-landings

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    Auch die Möglichkeit, die Inboard Ailerons beim Start und besonders beim Durchstarten in "Mittelstellung" zu bringen, um eine Lücke für den Triebwerksstrahl im ansonsten voll konfigurierten Flügel zu haben, ist ein oft gehörtes Argument bei Boeing. Das erlaubt z. B., die Klappen weiter auszuschlagen, als wenn sie durchgehend wären, und beeinflusst so direkt die Flugleistungen. Wie Schorsch geschrieben hat, viele kleine Einflüsse, die alle aufeinander abgestimmt berücksichtigt werden wollen.

    Dazu kommen aeroelastische Überlegungen: Die Gefahr der Ruderumkehr (Kombination aus Querruderausschlag und Flügeltorsion, die zu der Steuerabsicht entgegengestzten Wirkung führt) steigt mit zunehmender Flügelpfeilung, wenn alles andere unverändert belasen wird. Da die Boeings standardmäßig etwas höhere Pfeilung haben als die Airbusse gleicher Größe, ist auch dieses bei Boeing ein kleiner Punkt für die Inboard Ailerons.
     
  22. Hirsch

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    Meine Segelflugausbildung sagte mir, dass die Schränkung (geometrisch oder aerodynamisch) dazu da ist, dass die Randwirbel vermindert werden.
    Prinzipiell besteht zwischen ober- und Unterseite ein mehr oder weniger großes Druckgefälle, das zwar überhaupt erst den Auftrieb ermöglicht, andererseits aber auch durch den bestrebten Ausgleich zu Wirbelbildung führt. Indem man man das Druckgefälle nach außen hin "ausschleichen" lässt (die Auftriebserzeugung praktisch 'runterfährt), vermindert man die Wirbelbildung. Damit verringere ich zwar die auftriebserzeugende Fläche insgesamt, aber aerodynamisch ist es so sauberer als mit einer Menge Wirbeln an der Backe.
    Eine Strömungsabriss-Verhinderung ist m.E. nicht unbedingt die Folge (oder ursprüngliches Ziel) der Schränkung; der Strömungsabriss tritt bei überkritischen Anstellwinkeln auf, das passiert am restlichen Flügel genauso. Klar könnte man argumentieren, dass bei überkritischen Anstellwinkeln am Innenflügel der Außenflügel nun noch eine anliegende Strömung mit unterkritischem Anstellwinkel hat und dementsprechend Auftrieb liefert... aber ist das eine echte Argumentationsgrundlage in der bemannten Fliegerei? Im Modellbau geht ja manches anders (oder wird anders hingenommen), das sehe ich ein.
     
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