Seitenruder bei Verkehrsflugzeuge?

Diskutiere Seitenruder bei Verkehrsflugzeuge? im Verkehrsflugzeuge Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Hallo liebe Community, Ich habe schon auf mehreren Internetseiten darüber nachgeschaut, doch ich möchte mich nochmal vergewissern: Werden...

  1. #1 Robin123, 13.09.2016
    Robin123

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    Hallo liebe Community,

    Ich habe schon auf mehreren Internetseiten darüber nachgeschaut, doch ich möchte mich nochmal vergewissern:
    Werden während des Fluges bei Kurven auf Reiseflughöhe und Landeanflug bei Passagierflugzeuge (Verkehrsflugzeuge), die Seitenruder und die Querruder benutzt, oder doch nur die Querruder. Falls nur die Querruder benutzt werden, warum?

    Ich hoffe ich bekomme gute Antworten! :-)
    Vielen Dank!
     
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  3. #2 lutz_manne, 13.09.2016
    lutz_manne

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    Es werden alle Ruder benötigt und benutzt. Aber z.B. bei Seitenwind im Landeanflug wird wesentlich mehr mit dem Seitenruder angeflogen als ohne Seitenwind.
     
  4. #3 Schorsch, 14.09.2016
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    Es werden sowohl Quer- als auch Seitenruder benutzt.
    Die Querruder sind aber die primäre Steuerfläche, das Seitenruder kompensiert nur die Koppelbewegung.
    Diese Steuerung erfolgt bei keinem FAR25 Flugzeug über direkte Piloteneingabe, sondern über eine mechanische Kopplung oder eine elektronische Regelung.
    Die notwendigen Seitenruderausschläge sind im Reiseflug bei leichten Kurven (<20° Schräglage) derartig gering, dass man selbst ohne Kopplung die Pedale eigentlich nicht antippen muss. Die dann zwangsläufig auftretenden Schiebewinkel halten sich sehr in Grenzen, da dass Seitenleitwerk (also nicht nur das Ruder) für solche Situationen (KIAS > 240) eigentlich zu groß ist.
     
  5. #4 Cardinal Jockey, 20.09.2016
    Zuletzt bearbeitet: 20.09.2016
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    Sofern der Yaw-Damper eingeschalten ist das richtig, JA.

    Sofern er AUS ist (also zum Starten und Landen) haben viele konventionell gesteuerte Flugzeuge (auch nach FAR25) eine direkte und proportionale Anlenkung von Pedal zu Seitenruder. Praktisch jeder non fly by wire FAR23 und FAR25 Businessjet. Imho auch CRJ Serie, E-Series, B737 Serie u.v.a.m.

    Je nach Flugzeuggröße erfolgt die Ansteuerung des Ruders selbst aber via Power Control Unit (PCU).

    Aber ja, sofern beide Triebwerke laufen und umso schneller der Flieger fliegt, desto weniger Seitenruder braucht man, selbst wenn man völlig manuell fliegt. Bei Triebwerksausfall und langsamem Rumgeeiere (z.B. Sichtplatzrunde) sowie Seitenwind kommt es mehr zum Einsatz.

    Nicht zu vergessen natürlich der Einsatz des Seitenruders bei Unusual Attitude Recovery, wo es teils eine entscheidende Rolle spielt (Nose high/ low @ >90 ° bank).
     
  6. #5 Schorsch, 20.09.2016
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    Sicherlich korrekt. Bei den neueren Fliegern ist der Yaw Damper allerdings Pflicht, und hat keinen Ausschalter. Ich hatte bei meiner Aussage vergessen, dass da ja auch ne ganze Menge Business Jets über 5.7t rumschwirren.

    Natürlich ein lustiger Stunt, da ich dies in keinem Simulator üben kann. Dann in so einer Situation mal voll ins Ruder zu latschen hat so eine 50-50 Chance die Situation zu bessern. Etwa wie ein Arztbesuch im 19. Jahrhundert.
    Genau wie bei dem gilt, dass sich vieles sich oft von ganz allein bessert, und manchmal halt einfach nichts mehr zu retten ist.
    Mir fällt spontan kein Vorfall ein, bei dem beherztes Rumgelatsche im Pedal den Tag gerettet hat. Aber ich lasse mich gerne mit gegenteiligen Beispielen überzeugen.
     
  7. #6 Cardinal Jockey, 20.09.2016
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    Doch natürlich gibt es Ausschalter dafür. Allein schon weil der Yawdamper bei Start und Landung, Seitenwind sowie im Einmotorenflug AUS sein muss. Und ja - fast bei jedem Flieger ist ein nicht funktionsfähiger Yawdamper ein No Go Item.

    Und ich muss Dir leider Widersprechen was den Einsatz des Ruders bei derartigen Recoveriies angeht.

    Diese Recoveries können im Sim geflogen werden und Tests zeigen, dass beispielsweise eine Nose High Recovery mit zügigem (nicht ziellosem Reintrampeln!!!) Helfen mit dem Ruder die Recovery Zeiten deutlich kleiner ausfallen als bei "Steuerhorn vor" allein. Das beherzte (nochmal: NICHT BRUTALE) Rausdrehen des Fliegers mit koordiniertem Quer- und Seitenrudereinsatz ist inzwischen bei vielen Aerodynamikern und Piloten eine völlig angesehene Vorhehensweise die nichts mit nem "Stunt" zu tun hat.

    Gleiches gilt für Nose Down bei mehr als 90 Grad Bank. Hier zeigen Simulator und Flugtests, dass das Flugzeug zuerst leicht negativ entlastet werden muss, wonach es mit Seiten und Querruder zum näherliegenden Horizont herausgedreht wird. Das Seitenruder ist hierbei ganz wichtig und erfüllt dabei die Funktion "Top Rudder", verlangsamt bei 90 Grsd dabei das über die Fläche Abtauchen des Flugzeuges.

    Auch dies mittlerweile eine anerkannte Technik die im Simulator geflogen werden kann und Vorteile zur althergebrachten Lehrmeinung bringt, nach der schwere, schnelle Verkehrsflugzeuge eine nahezu gegen Null tendierende Überlebenschance hatten.
    (positive Belastung bei Nose Down >90 Grad addiert zu dem gottgewollten 1 g nochmals 1 g oben drauf - womit sich der Flieger in einer 2 g Spirale nach unten dreht)


    Belege für obige Recovery Techniken sind die real life Flugversuche von Boeing in den 1990 er Jahren bei denen das Handling/ Recovery bei Seitenruder PCU Failure erfolgen wurden.
     
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  8. #7 Cardinal Jockey, 20.09.2016
    Zuletzt bearbeitet: 20.09.2016
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    Ach ja - über 5,7 to MTOW bedeutet schon lange nicht mehr, dass es sich dabei zwingend um ein FAR25 Flugzeug handelt :!:

    C525B u c, King Air 350, EMB 505 - alle teils 3 to über 5,7 und trotzdem FAR23 :wink:
     
  9. Lubeo

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    Wieso hat dann eine B-2 oder X-47B kein Seitenleitwerk? :headscratch:
    Und Vögel haben ebenfalls keines.

    Gut, ich selbst würde mich lieber aus Redundanzgründen in einen Flieger mit Seitenleitwerk setzen als in einen ohne.
     
  10. #9 Cardinal Jockey, 20.09.2016
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    Weil es Nurflügler sind (mir gefällt der englische Begriff "flying Wing" besser)

    Selbstverständlich hat ein Nurflügler ebenfalls ein negatives Wendemoment bei Ausschlag von Querruder bzw Elevon und/ oder Rollspoilern. Eines der Probleme die man bei flying Wings in den Griff bringen musste.

    Ich glaube aber Nurflügler Aerodynamik würde hier jetzt zu weit führen, zumal sie in der Zivilluftfahrt auf absehbare Zeit keine Rolle spielen wird.
    .........................................

    Je höher der Anstellwinkel, desto mehr bewirkt ein Seitenruder eine Rollbewegung. Kleiner Alpha = kleine Rollwirkung, großer Alpha = starke Rollwirkung.

    Auch hier vgl PCU Failure bei Boeing 737. Da haben wir exakt diesen Zusammenhang in Reinstform. (Aufgetretene PCU Failures im Reiseflug bei kleinem Alpha waren immer kontrollierbar, bei großem Alpha endeten sie tödlich. Man nennt diesen Punkt "Crossover Alpha"). Er liegt bei Standard Verkehrsflugzeugen bei rund 5 Grad, also leider in einem speziell für Landeanflüge gängigen Bereich.

    Die ganze Sache kochte leider erst nach den Unfällen durch die Flugversuche von Boeing auf, die damit bewiesen, dass und wie ein voller Seitenruderausschlag nicht zum Verlust des Flugzeuges führen muss. Die Flugtests waren jedoch überaus spektakulär...

    Ich glaube vorher wusste niemand etwas von Crossover Speed (Boeing Terminus weg. fehlenden AOA Anzeigen im Cockpit) bzw Crossover Alpha. Leider ist der Stoff auch noch kaum in Lehrbücher und Simulatorsessions vorgedrungen.
     
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  11. #10 THF-ADI, 20.09.2016
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    Leicht off-topic, ich habe in einen Buch gelesen, dass man bei der F-4 Phantom bei hohen Anstellwinkel die Querruder gar nicht nutzen darf und nur mit dem Seitenruder und Höhenruder fliegst.
     
  12. #11 Cardinal Jockey, 20.09.2016
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    Das ist richtig. Betrifft aber nicht nur die F-4. Grundsätzlich: Was passiert durch Einsatz der Querruder oder der Rollspoiler?

    Das nach unten ausschlagende Querruder erhöht den Auftrieb des Flügels und gleichzeitig den Widerstand. Hierdurch kommt das negative Wendemoment zustande (der eine Flügel wird abgebremst, die Nase dreht sich in ihre Richtung/ entgegen der Rollrichtung).

    Das nach oben ausschlagende Querruder vernichtet gleichfalls wie ein Rollspoiler Auftrieb.

    Ist mein Anstellwinkel hoch, dann kann die einseitige Auftriebsverringerung oder gar ein teilweiser Strömungsabriss des selbigen zum Abkippen des Flugzeugs führen.

    Steuere ich bei großem Alpha das Rollen mit dem Seitenruder, so verändere ich die Flügelprofile und damit den Auftrieb nicht. Lediglich bei großen Streckungen und starken Seitenruderausschlägem würde ich Probleme mit ungleichmäßigem Auftrieb erhalten (der kurvenäussere Flügel hätte an der Flügelspitze einen höheren Auftrieb, bedingt durch die relativ höhere Geschwindigkeit des Flügels im Vergleich zum langsameren, kurveninneren Flügel).

    Daher sollte bei hohem Alpha die Richtungssteuerung ausschließlich durch das Seitenruder erfolgen.
     
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  13. #12 Intrepid, 20.09.2016
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    Da, wo die Querruder sind, ist die Tragfläche oft weniger angestellt. Und Querruder schlagen nach unten weniger aus als nach oben. Ich hoffe mal, dass das bei Verkehrsflugzeugen nicht anders ist, wenn dort überhaupt mit Querrudern und nicht mit Spoilern um die Längsachse gesteuert wird.
     
  14. #13 Cardinal Jockey, 20.09.2016
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    Davon gehe ich auch aus Intrepid.

    Kurze Erläuterung: Die Begrenzung der Querruderausschläge (Querruder Differenzierung) ist ein wichtiges konstruktives Mittel um das negative Wendemoment möglichst klein zu halten. Und weniger eine Sache der Lenkung der mit Querruder/ Rollspoilern einhergehenden Auftriebsänderungen am Flügel.

    Die von Intrepid angesprochene geometrische Schränkung hingegen ist ein Mittel zur Steuerung des kritischen Anstellwinkels - so dass der Flügel im Bereich der Querruder später stalled als weiter innen weil man ihm von Anfang an einen kleineren Einstellwinkel verpasst als dem Rest des Flügels. Damit bleiben die Querruder selbst dann in gewissem Umfang wirksam, wenn der Rest des Flügels gestalled ist.

    Was aber nicht bedeutet, dass ich mir nicht auch bei einer geometrischen Schränkung mein bisschen vorhandenen Restauftrieb durch einen Querruderausschlag komplett versauen könnte.
     
  15. cool

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    Warum MUSS den ein Yaw-Damper bei Start-Landung aus sein? Höre ich so zum ersten Mal und kenne auch keinen (größeren) Typ, bei dem ein Pilot den Yaw-Damper ein/ausschalten würde. Bei vielen Typen ist es auch tatsächlich nicht möglich, zumindest nicht herkömmlich ohne "Tricks" über einen Schalter.

    Ich denke, dass das Seitenleitwerk auch bei großen Flugzeugen direkt angesteuert werden kann, hat keiner bezweifelt, wird ja aber selten im Reiseflug genutzt. Die Ansteuerung des Seitenleitwerks zum Ausgleich des negativen Wendemoments (Turn Coordination) erfolgt durch das Flugzeug "selbst". Wie das nun im Detail konstruktiv gelöst ist, ist ja wieder ein anderes Thema (ob FBW oder herkömmliche Ansteuerung).
    Für alle anderen Zwecke (ausser Turn-Coordination, Yaw-Damping und diverse automatischen Programme zur Böenunterdrückung/Triebwerksausfall/ect.) wird das Seitenruder ja herkömmlich genutzt.

    Ausnahmen gibt es auch noch bei FBW-Flugzeugen (typenabhängig), hier kann die Turn-Coordination auch "Rückwärts" genutzt werden, sprich wenn die Piloten ausserhalb des Landeanflugs in die Pedale treten, dann wird das Seitenruder ausgelenkt und die Querruder/Roll Spoiler dazugesteuert.
     
  16. #15 Cardinal Jockey, 21.09.2016
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    Wie will man denn mit eingeschaltetem Yawdamper bei Seitenwind fliegen?
     
  17. #16 Schorsch, 21.09.2016
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    Geht bei keinem Airbus, und außer der B737 bei keiner Boeing.


    Dann würde mich mal interessieren, wo die Herren die validierte Aerodynamik für solche Manöver hernehmen. Auch ein Gulfstream wird seinen Flieger nicht bei 50° AOA und 20° Sideslip im Windkanal vermessen. Einen Flight Test macht man da schon gar nicht. Somit sind das alles Schätzwerte, oder einfach die Eckwerte ad infinitum extrapoliert. Da kann teilweise totaler Mist rauskommen.


    Wer hat dies in Flugtests nachgewiesen?
    Welches Modell?

    Solche Aktionen haben AA587 seinerzeit über New York zerlegt. Ich halte es für hochgradig fahrlässig dies seiner Pilotenschar beizubringen, und dafür andere Dinge zu vernachlässigen. Prio 1 ist das Vermeiden solcher Situationen, nicht die Recovery.
     
  18. #17 Schorsch, 21.09.2016
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    Man kann die Funktion des SLW mit modernster Regelungstechnik auch anders bewerkstelligen. Allerdings wird immer ein gewisser Strafraum bestehen, bei 30kts Crosswind wird man da wohl nicht landen wollen. Weiterhin gilt bei Systemausfall halt "alle raus".

    Gilt oberhalb 15° AOA bei der F-4.
    Vergleichbares gibt es bei der F-16: Aileron Rudder Interconnect, aber etwa 25° AOA erfolgt Rollsteuerung allein über das SLW.
    Solche Spielchen kann ich mir beim Verkehrsflugzeug knipsen, weil ich da keine Rollraten bei Max AOA erzeugen muss.

    Nebenbei entsteht am gepfeilten Flügel ein negatives Nickmoment: die Nase geht runter. Andernfalls würde der Strömung außen zuerst abreißen (3D-Effekt der gepfeilten Tragfläche), und das Flugzeug würde rapide die Nase nach oben nehmen. Nennt sich Pitch-Up, und hat so manchen Piloten der 1950er das Leben gekostet (speziell wenn er in einer F-100 unterwegs war).
    https://en.wikipedia.org/wiki/Sabre_dance_(aerodynamics)
     
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    Erleuchte mich :)
     
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  21. #19 Cardinal Jockey, 21.09.2016
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    Den A300 hat es über Brooklyn zerlegt weil der FO innerhalb weniger Sekunden mehrfach links/ rechts Vollausschläge gegeben hat. DAS nenne ich keinen koordinierten Seitenruderausschlag.

    KEINEM Flugzeug fällt wegen einem Seitenruder Vollausschlag innerhalb seiner Betriebsgrenzen das Seitenleitwerk ab. Das ja unsinnig!

    ............

    Die Flugversuche zum Thema Crossover AOA fanden in mit einer Boeing 737 statt. Im Zuge der Flugtests kam es zu entsprechend heftigen Recoveries.

    Ansonsten wurden die Upset Recovery Trainings in regulären Simulatoren geflogen. Und werden es auch weiterhin. Auch bei deutschen Airlines in Deutschen Simulatoren. Es gibt recht aktuelle Simsessions aus dem CRJ wo diese Recoveries geflogen wurden.

    Woher die Hersteller diese Daten haben, musst du sie selbst fragen. Ich kann nur sagen, was in Simulatoren auf der ganzen Welt geflogen wurde. Allerdings handelt es sich dabei zur GÄNZE um keine AB Muster sondern alles von Fokker über MDD zu Boeing.

    Desweiteren gibt es unzählige derartig geflogene Recoveries in Flugzeugen bis auf Businessjets Level von denen ich persönlich Kenntnis habe.

    Hier wurden die Zeiten der Nose High Recoveries mit Rausdrehen über die Fläche mit denen normaler Recioveries verglichen. Gleiches trifft auf die Daten aus dem CRJ Sim zu - über die Fläche recoverm verkürzt die Zeit bis zurück in die Normalfluglage um mehr als die Hälfte.

    Es ist ja wohl nicht zu bestreiten wie hier die aerodynamischen Fakten liegen:

    Habe ich eine Nose High Situation, sagen wir von 60 Grad Pitch, so verstärke ich das Aufbäumen des Flugzeuges durch Triebwerke auf vollen Schub (unterflügel Installation) nochmals MASSIV! Ich habe innerhalb kürzester Zeit sodann einen Pitch von 80 Grad +- (mein Liftvector zeigt steilstens gen Himmel) und mir geht bei der Recovery über die Nase (nach ALTER LEHRMEINUNG) mit ziemlicher Sicherheit der Dampf aus, bevor ich die Nase wieder unter den Horizont bekomme. Mit viel Glück schaffe ich das, hab dabei aber stets 0 bis -1 g anliegen. Wenn es dumm läuft, dann habe ich einen Strömungsabriss und falle wie ein Stein vom Himmel.

    Drehe ich bei Nose Up die Nase aber raus, zum nächstgelegenen Horizont, mittels KOORDINIERTEM Quer- und Seitenrudereinsatz, dann genügen mir 40 Grad Schräglage und ein halbes positives g um die Nase innerhalb kürzester Zeit unter den Horizont zu bringen, ganz einfach weil dadurch mein Liftvector nicht mehr nach oben zeigt.

    Flugmedizinisch schone ich dabei sogar noch den Gleichgewichtssinn und habe nach dieser Art der Recovery nicht noch zusätzlich ne Crew mit spataler Disorientierung! :!:

    An diesen Techniken ist weder Magie noch irgend etwas unsicheres dran. Nein sie erhöhen die Sicherheit und maximieren die Überlebenschancen.

    Es gibt einen Fall einer Delta 1011 die wegen einer nicht zu erkennenden Stabilizer Trim malfunction mit voll gezogener Stabilizer Trimmung in San Diego gestartet ist. Ähnlichen Geschichten gingen meist tödlich aus.

    Der Kapitän wendete jedoch am oberen Scheitelpunkt des Aufstieges die beschriebene Nose High Recovery an, drehte den Flieger über die Fläche heraus und bekam so die Nase wieder unter den Horizont. Allerdings nur kurz, denn dann schoss sie wieder nach oben. Das Spiel wiederholte sich noch einige Male, bis die Flughöhe so groß und Zeit zum Nachdenken blieb. Langer Rede kurzer Sinn - der Flieger landete am Ende sicher in LAX - mit allem Passagieren in der Ersten Klasse zusammengedrängt.

    .......................

    Bei der Nose Down Recovery ist es auch ein aerodynamischer Fakt, dass wenn ich die Nase um mehr als 90 Grad auf der Seite und gen Boden zeigen habe, ich auf GAR KEINEN FALL ziehen darf, sondern drücken muss. Alle Unfälle in Verkehrsflugzeugen zeigten, dass die Besatzungen versucht haben, bei Nose down und mehr als 90 Grad Bank den Flieger positiv durch zu ziehen. Die Erfolgsrate liegt bei 0 % weil jeder der versucht zu ziehen, den Flieger in eine Steilspirale zieht aus der er nicht mehr heraus kommt.

    Einzig den Flieger zu entlasten (Höhenruder nach vorn) und koordiniertes Rausdrehen zum nächstgelegenen Horizont hilft hier.

    Wer jetzt aber sagt, soviel negative g s verträgt kein Verkehrsflugzeug vergisst folgendes: Der Stabilizer befindet sich noch in der Trimmstelling vor dem Upset. Das Höhenruder allein schaff es mit seiner kleinen Fläche bei keinem Verkehrsflugzeug bei in normalen Speed getrimmten Stabilizer ein g negativ zu erreichen. Selbst wenn voll vor gedrückt wird. Man endet (das zeigen die Modelle) um die -0,5 bis 0,8 g.

    Das Entlasten aus der 2 g positiv Fluglage heraus verschafft mir aber ein wenig Zeit - hoffentlich genug um das Flugzeug zum nächsten Horizont zu rollen und abzufangen. Da derartige Flugzeuge langsam rollen ist jede gewonnene Sekunde Goldwert.

    Ich habe vorher gerade mit einem Kollegen darüber gesprochen, der seine fliegerische Karriere auf der SU-22 der NVA begonnen hatte. Er meinte dazu nur: "WIR haben das immer schon so gemacht und auf jedem Check den ich abnehme, fliegen wir das so - und nicht anders!"

    ............

    Was tut ein Yaw Damper denn und wozu hat man ihn?

    Er ist ganz simpel eine Funktion des Autopiloten. Ist der AP an, so ist bei den meisten Systemen der YD automatisch mit an. Ist der AP aus, kann mit oder ohne YD geflogen werden.

    Der YD hat eigentlich NUR die Funktion die bei Pfeilflüglerm teils heftig ausfallende Dutch Roll zu verhindern bzw. sie zu minimieren. Bei Flugzeugen mit geraden Flächen ist er kaum erforderlich und hier eher ein Comfortfaktor. Ausgenommen noch hochmitorisierte Einmots mit elektrischer Seitenrudertrimmung (PC-12). Hier trimmt der YD die SEHR GROSSM Seitenruder Trimmänderungen weg.

    Fliegt man langsam und manuell, ist ein YD bestenfalls ein Comfortfeature. Mehr auch nicht.
     
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  22. #20 Schorsch, 21.09.2016
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    Ein "Yaw Damper" ist kein "Sideslip Annihilator".
    Im Prinzip wird die "Yaw Rate" auf das Ruder geschaltet.
    Die "Yaw Rate" ist die Drehgeschwindigkeit um die Hochachse (Yaw Axis, Symbol "r" [https://upload.wikimedia.org/wikipe...rected.svg/2000px-Yaw_Axis_Corrected.svg.png]). Sobald ich einen konstanten Winkel einnehme, wird mein Yaw Damper nicht mehr eingreifen. Ich kann also prima konstante Schiebewinkel fliegen. Beim kommandieren eines Sideslip wird mein Yaw Damper zwar gegen mich arbeiten, da seine Autorität allerdings begrenzt ist, tut es meiner Absicht keinen Abbruch.
    A380 und A350 haben eine Steuerung, bei der der Sideslip kommandiert wird.

    Beim Fliegen einer Kurve habe ich im Idealfall keine "Yaw Rate", diese entsteht nur bei unkoordinierten Kurven. Daher kann ich den Yaw Damper auch als Kurvenkoordinator nutzen, allerdings nur bei höheren Geschwindigkeiten*.

    Du bist aber schon Pilot, oder? Da sollte man das doch irgendwie wissen, oder nicht?



    *: würde ich den Yaw Damper explizit darauf auslegen, müsste ich mit einer recht starken Rückführung arbeiten und würde u. U. mein System destabilisieren. Die ursprüngliche Intention zur Installation eines Yaw dampers war die Dutch Role (https://en.wikipedia.org/wiki/Dutch_roll). Etwa bei der B-52 konnte das SLW durch Einbau eines Yaw Dampers signifikant verkleinert werden.
     
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