V- Seitenleitwerk

[A.G.I.L]

AW: V- Seitenleitwerk

@ Augsburg Eagle:

Danke für die Links, dass und wie herkömmliche Deltas wie Mirage, F-106 usw. über Elevons gesteuert werden ist klar. Als Modellflieger habe ich sowas schon selbst programmiert.

Die F-117 scheint laut Squadron Signal tatsächlich auch über Klappen in den Flügeln um die Querachse gesteuert zu werden. Allerdings erschliesst sich mir der Sinn nicht so ganz, da 1. auch die Ruddervators am Heck schon dazu gebraucht werden und 2. die Hebelwirkung der Elevators in den Flächen bei der F-117 nicht so toll sein kann, da diese nicht allzu weit von dem Punkt entfernt sein werden, um den sich das Flugzeug bei HR-Ausschlag dreht (Schwer,- Druck- oder Neutralpunkt? Habsch vergessen ...).
Könnte mir das allenfalls bei einem Jäger zur Erhöhung der Wendigkeit vorstellen. Ich kann mir allerdings nicht vorstellen, dass Wendigkeit eine hauptsächliche Forderung beim Entwurf der F-117 war, da kein Jäger. Evtl. ist der Grund in der ungewöhnlichen (Stealth-) Formgebung zu suchen.

Vielleicht haben die Aerodramatiker hier eine Idee, warum die F-117 über insgesamt vier Höhenruder gesteuert wird? Ist die F-117 instabil ausgelegt, und deshalb die 4 Höhenruder?

 

[gero]

AW: V- Seitenleitwerk

Und die rein projektierte Fläche des Normalleitwerks genügt nicht.

SO, hab das Dokument über die V-109 in Ruhe gelesen. Interessant ist, daß man damals den gleichen Weg gegangen ist wie viele (Modell-)Flugzeug-V-Leitwerkentwickler. Die Flächen des Normalleitwerks projeziert. (Eigene Erfahrungen). Das Ergebnis ist leicht und elegant, hat aber weniger Querstabilität als das Normalleitwerk. Da spielt ein kleiner geometrischer Effekt hinein, der gern übersehen wird. Eine Anstellwinkeländerung (durch z.B. eine Böe) des Flugzeugs führt beim Normalleitwerk zu einer gleichgroßen Anstellwinkeländerung am Höhenleitwerk. Beim V-Leitwerk ist die Anstellwinkeländerung am Leitwerk kleiner (je kleiner der Öffnungswinkel ist, umso kleiner die Wirkung). Ein Gedankenexperiment hilft beim Verstehen. Ein Öffnungswinkel nahe 0 (hochgeklapptes V) hat beim Kippen um die Querachse überhaupt keine Anstellwinkeländerung mehr.
Dieser Effekt muß durch ein vergrößertes Leitwerk ausgeglichen werden, um die gleiche Stabilität zu erreichen. Damit ist der Gewichtsvorteil des V dahin. Die größeren Leitwerksflächen brauchen auch eine stärkere Befestigung u.s.w.
Interessant ist, daß nicht nur ich als aerodynamischer Banause bei meinem Modellentwurf diesen Effekt übersehen habe, und mich über die mangelnde Querstabilität gewundert habe. Sondern auch die Aerodynamikexperten bei den Großen.

gero

 

[Schorsch]

AW: V- Seitenleitwerk

Dieser Effekt muß durch ein vergrößertes Leitwerk ausgeglichen werden, um die gleiche Stabilität zu erreichen. Damit ist der Gewichtsvorteil des V dahin. Die größeren Leitwerksflächen brauchen auch eine stärkere Befestigung u.s.w.
Interessant ist, daß nicht nur ich als aerodynamischer Banause bei meinem Modellentwurf diesen Effekt übersehen habe, und mich über die mangelnde Querstabilität gewundert habe. Sondern auch die Aerodynamikexperten bei den Großen.

Dazu kommt, dass oftmals die Oberfläche mit dem Gewicht gleichgesetzt wird. Das mag im Modellbereich stimmen, vielleicht sogar bei UL- und GA-fliegern, bei denen Materialstärken oftmals minimalen Wanddicken entsprechen oder auf ganz andere Lastfälle ausgelegt sind. Bei großen Flugzeugen stimmt dies nicht. Weiterhin heißt ein V-Leitwerk, dass ich Effekte koppele. Eine Trimmung führt zu einer permanenten Seitenkraft an den beiden Leitwerken. Die hebt sich zwar auf, verursacht aber Widerstand. Ein "One Engine Out" Manöver mit starkem Eingriff des Seitenleitwerks würde massive Eingriffe in den Pitch bedeuten.
Eine Option wäre ein "blended VTP", in dem das HLW ins VTP übergeht. Im Prinzip auf aufgehübschtes H-Leitwerk.

 

[Toryu]

AW: V- Seitenleitwerk

Vielleicht haben die Aerodramatiker hier eine Idee, warum die F-117 über insgesamt vier Höhenruder gesteuert wird? Ist die F-117 instabil ausgelegt, und deshalb die 4 Höhenruder?

Vermutlich weil die Ruddervators alleine zu schwachbrüstig sind und man die Zelle deswegen nicht verlängern wollte.
Ergo mixt man einfach ein bisschen Elevon mit ein. Das Ding hat eh die Aerodynamik eines Bügeleisens und vermutlich auch dessen Flugmechanik. Zum Glück erfand jemand das FBW und den FCC, wodurch das Problem nicht mehr so viel Kopfschmerzen bereitet.

Da sieht man mal, was für Kompromisse bei nicht vorangeschrittener Stealth-Technologie teils eingegangen werden mussten, um den Anforderungskatalog zu erfüllen.

Heute sehen Stealthflugzeuge ja wieder mehr wie herkömmliche Flugzeuge aus.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

AW: V- Seitenleitwerk

Hoi.

Schorsch hat es schon angedeutet, hier nochmal etwas anders beleuchtet:

Ein V-Leitwerk hat (nur) dann Vorteile, wenn damit keine großen (Querachs)Trimmbereiche abgedeckt werden müssen, d.h. wenn das Stabilitätsmaß des Fliegers nicht allzu groß bemessen werden muss oder wenn der benutzbare longitudinale Schwerpunktbereich (Beladungszustand) nicht allzu groß sein muss. Sobald größere permanente Ausschläge zur Erhaltung des Trimmgleichgewichts erforderlich sind, verursacht ein Kreuz- oder T-leitwerk (wenn so dimensioniert dass es die gleiche Stabilitätswirkung hat, denn nur dann kann ich direkt vergleichen) einen geringeren Trimmwiderstand als ein V-Leitwerk.

Bei Fliegern mit hoher Streckung am Flügel ist normalerweise im Kurvenflug für schiebefreies Fliegen deutlicher Seitenrudereinsatz erforderlich. Auch da ist dann das V-Leitwerk nachteilig.

Im Flugmodellbau, wo man ja bei minimalen "Entwicklungs"zeiten sehr intensiv testen, ändern und erproben kann, gab es (spätestens) Ende der 90er die große "V-Leitwerks-Ernüchterungswelle", und seitdem sind auch bei Hochleistungsfliegern (F5B/F5D), wo man lange auf eine Leistungssteigerung durch V-Leitwerke spekulierte, wieder konventionellere Konfigurationen dominierend.

Bei der F117 liegt ja ein eng gestaffeltes V-Leitwerk mit sehr wenig Öffnungswinkel vor. Dieses dürfte für Höhensteuerung extrem ineffizient sein, und der Flügel hat sicherlich genug "Fläche-hinter-dem-Schwerpunkt" um dort sehr effektive Elevons verwenden zu können. Der Hauptgrund für die Ausführung als V dürfte dort tatsächlich der Radarquerschnitt sein.

gruß
a.p.

 

[Schorsch]

AW: V- Seitenleitwerk

Dazu kommt, dass die F-117 mit den Mitteln der 70er und 80er (also ohne große Rechencluster) von einem kleinen Entwicklungsteam gemacht wurde. Da wollte man nicht unbedingt das Optimum finden, sondern eine Lösung aus dem Lösungsraum. Heute lässt man an solchen Problemen sicherlich gerne mal eine Turnhalle voll CPUs ne Woche schwitzen.

Wenn Lösungen der Frühzeit heute zunehmend verschwinden, dann liegt das auch an den besseren Möglichkeiten: alle finden das gleiche Optimum, wo früher noch ein einflussreicher Ingenieur den Entwurf in eine Richtung drücken konnte.

 

[Lubeo]

AW: V- Seitenleitwerk

OT/

Schorsch, warum sollte es heute anders sein, dass ein einflussreicher Ingenieur ein Entwurf in die richtige Richtung oder falsche Richtung drücken kann (und so Kosten und ggf. einen gesicherten Lohn*) generieren)?

Bei Fliegern mit hoher Streckung am Flügel ist normalerweise im Kurvenflug für schiebefreies Fliegen deutlicher Seitenrudereinsatz erforderlich. Auch da ist dann das V-Leitwerk nachteilig.

So gesehen wären die RQ-4 Global Hawk und Q-1 Predator eine Fehlentwicklung.


*) Die Moral wird heute anders betrachtet und gelebt als früher.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

AW: V- Seitenleitwerk

So gesehen wären die RQ-4 Global Hawk und Q-1 Predator eine Fehlentwicklung.

Wie groß ist der tatsächliche "Manöveranteil" bei diesen Fluggeräten an der Gesamtflugzeit? D.h. der Anteil an Flugzeit, bei dem mit mehr als 15° Kurvenneigung geflogen wird? Ich schätze fast mal, verschwindend gering. Wie wichtig ist eine Achsenentkopplung bei einem Fluggerät vollständig "computergeneriertem" Handling?
Welchen Einfluss hat der Druckprop? (Anmerkung: Heck-Druckpropeller haben entgegen anderslautenden Gerüchten im Gegensatz zu Zugprops eine richtungsstabilisierende Wirkung)

 

[Schorsch]

AW: V- Seitenleitwerk

So gesehen wären die RQ-4 Global Hawk und Q-1 Predator eine Fehlentwicklung.

Erst lesen, dann schreiben.
Speziell Q-1 fällt in den GA-Bereich.
Bei beiden Fliegern waren andere Dinge ausschlaggebend. Weiterhin sind sie sowieso 100% Computer-gesteuert und haben keine Dinge wie asymmetrischen Schub (weil nur ein Triebwerk).

 

[Intrepid]

AW: V- Seitenleitwerk

... und haben keine Dinge wie asymmetrischen Schub (weil nur ein Triebwerk).

Mit nur einem Triebwerk habe ich die ganze Zeit asymmetrischen Schub, mit zwei Triebwerken nur bei Motorausfall.

Ich habe viele Stunden eine V-Bonanza geflogen. Die zahllosen Geschichten über die Besonderheiten des Leitwerks waren erheblich aufregender als das, was man wirklich nachweislich spüren konnte. Aber eines war unausweichlich: jeder sprach einen auf das besondere Leitwerk an.

 

[Schorsch]

AW: V- Seitenleitwerk

Mit nur einem Triebwerk habe ich die ganze Zeit asymmetrischen Schub, mit zwei Triebwerken nur bei Motorausfall.

Die erforderlichen Kräfte, speziell beim Ausfall beim Start bei minimaler Geschwindigkeit, sind erheblich und erfordern große Leitwerke. Bei GA Fliegern gibt es da einen gewissen Strafraum, bei CS25 nicht mehr.

 

[Intrepid]

AW: V- Seitenleitwerk

Die erforderlichen Kräfte, speziell beim Ausfall beim Start bei minimaler Geschwindigkeit, sind erheblich und erfordern große Leitwerke. Bei GA Fliegern gibt es da einen gewissen Strafraum, bei CS25 nicht mehr.

GA-Flieger haben so wenig Seitenführungskräfte, dass bei einem Triebwerksausfall während des Startlaufes sofort alle Motoren in den Leerlauf genommen werden müssen, sonst rollt man unweigerlich in die Botanik. Soweit klar.

Aber bei einem einmotorigen Flugzeug (so eines mit richtig Leistung) muss ich bei jeder Pitchänderung das Seitenruder neu trimmen. Solch ein Flugzeug ist quasi immer asymmetrisch, außer nach Ausfall des Triebwerkes.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

AW: V- Seitenleitwerk

Wobei Druckprop-Anordnungen da wesentlich braver sind als die GA-üblichen Zugpropeller.

Es gibt nur sehr wenig upstream-wirkung des Propellerdralls auf das Seitenleitwerk, und Durckprops haben (wie schon erwähnt) aufgrund ihrer Momentenentwicklung bei Schräganströmung eher eine stabilisierende Gierrückstell- und Dämpfungswirkung.
Bleibt hauptsächlich noch das Reaktionsmoment des Antriebs selbst, aber das ist ein fast reinrassiges Rollmoment, welches aufs Leitwerk nur durch Roll-Wende-Kopplung der Gesamtflugmechanik rückwirkt.

 

[Dilbert]

AW: V- Seitenleitwerk

Hallo Leute,

die Steuerbarkeit ist ein Aspekt. Sofern ich mich richtig erinnere spielt gerade bei Kampfflugzeuge ein anderer Aspekt ein Rolle.

Bei hohen Anstellwinkeln kommt es beim Flügel-Rumpf-Übergang zur Ablösung von Wirbeln. Diese treffen bei herkömmlichen Anordnung des Leitwerks auf dieses auf und führen zu einer hoher struktureller Belastung/ Anregung. Bei einem V-Leitwerk kann ma dies so anordnen, dass die Wirbel zwischen den einzelnen Leitwerken durchgeht.

In diesem Zusammenhang fällt mir der Begriff Buffeting ein.

 

[Schorsch]

AW: V- Seitenleitwerk

Hallo Leute,

die Steuerbarkeit ist ein Aspekt. Sofern ich mich richtig erinnere spielt gerade bei Kampfflugzeuge ein anderer Aspekt ein Rolle.

Bei hohen Anstellwinkeln kommt es beim Flügel-Rumpf-Übergang zur Ablösung von Wirbeln. Diese treffen bei herkömmlichen Anordnung des Leitwerks auf dieses auf und führen zu einer hoher struktureller Belastung/ Anregung. Bei einem V-Leitwerk kann ma dies so anordnen, dass die Wirbel zwischen den einzelnen Leitwerken durchgeht.

In diesem Zusammenhang fällt mir der Begriff Buffeting ein.

Welche Kampfflugzeuge haben denn ein V-Leitwerk?
Bei Überschall scheidet es wegen der benötigten Trimm-Fähigkeit oberhalb von Mach 1 de facto aus.
Also, man könnte es machen, wäre halt nur mit etwas mehr Widerstand verbunden.

 

[Ralph]

AW: V- Seitenleitwerk

@ Schorsch : die YF-23 . angeblich(habe ich irgendwo gelesen) soll sie sogar bessere Flugleistungen erbracht haben als die F-22 .

 

[Schorsch]

AW: V- Seitenleitwerk

@ Schorsch : die YF-23 . angeblich(habe ich irgendwo gelesen) soll sie sogar bessere Flugleistungen erbracht haben als die F-22 .

Wenn überhaupt als die YF-22, und die hat mit der F-22 auch nicht mehr so viel gemeinsam.

 

[A.G.I.L]

AW: V- Seitenleitwerk

Dilbert meint vermutlich doppelte Seitenleitwerke.

Bei hohen Anstellwinkeln kommt es beim Flügel-Rumpf-Übergang zur Ablösung von Wirbeln. Diese treffen bei herkömmlichen Anordnung des Leitwerks auf dieses auf und führen zu einer hoher struktureller Belastung/ Anregung.

Vor allem liegt ein herkömmliches einzelnes SLW bei hohen AOAs gerne mal im "Windschatten" des Rumpfes, was meines Wissens der Hauptgrund für doppelte SLWs ist, nicht eine etwaige hohe strukturelle Belastung. Da doppelte SLWs aussermittig weiter aussen liegen, bekommen sie noch halbwegs "gesunde" Strömung ab, erst recht, wenn man die Dinger noch zusätzlich nach aussen abwinkelt wie bei der F-18.

Sollte ich hier daneben liegen, korrigiert mich bitte.

 

[Toryu]

AW: V- Seitenleitwerk

Da doppelte SLWs aussermittig weiter aussen liegen, bekommen sie noch halbwegs "gesunde" Strömung ab, erst recht, wenn man die Dinger noch zusätzlich nach aussen abwinkelt wie bei der F-18.

Bei der F-18 liegen die SLW jeweils voll im Wirbel der LEX. Deswegen mussten bei den F-18 frühzeitig die Anschlüsse des SLW mit Dopplern versehen werden. Sieht man schön auf folgendem Bild:
http://www.aerospaceweb.org/question/planes/f18/f18-fin-fix.jpg

Zusätzlich brachte man etwas später einen Zaun auf den LEX an:
http://www.aerospaceweb.org/question/planes/f18/f18-fence2.jpg

Ein bisschen mehr Prosa dazu hier:
http://www.aerospaceweb.org/question/planes/q0176.shtml


Die Super Hornet hat weder Zaun, noch Doppler.

 

[Gilmore]

AW: V- Seitenleitwerk

Eine sehr interessante Diskussion. Das Resümee daraus dürfte sein, daß das V-Leitwerk unterm Strich keine Vorteile bringt, die nicht mit Nachteilen an anderer Stelle erkauft werden müssen. Von Kampfflugzeugen wie F/A-18 oder F-117 abgesehen, (ich denke da mehr an General Aviation) kann man diese Technik wohl als ein abgeschlossenes Experiment ansehen. Ein Aspekt, über den ich noch nie nachgedacht hatte, im Nachhinein aber einleuchtend ist, ist die Tatsache, daß starker asymetrischer Vortrieb mit dem V-Leitwerk nicht ausreichend augeglichen werden kann. Daher gibt es wohl auch keine Beechcraft Baron und m. W.gar keine mehrmotorigen Propellerflugzeuge mit mit V-Leitwerk. Bei der Fouga Magister lagen ja die Strahltriebwerke sehr dicht an der Flugzeug-Längsachse, so daß das Problem evtl. beherrschbar war.
Grüße von Gilmore