Wie wichtig ist der Schwerpunkt?

Diskutiere Wie wichtig ist der Schwerpunkt? im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Habe ich mich neulich mal gefragt, als ich diese Bild gesehen habe....

Moderatoren: Skysurfer
  1. heydu

    heydu Fluglehrer

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    Habe ich mich neulich mal gefragt, als ich diese Bild gesehen habe.

    http://www.airliners.net/photo/NWA-...1486219/&sid=4217e61c4755be78f616e96d13c7694c

    Nun kann man sich bei einer A320 augenscheinlich schon denken, dass der Schwerpunkt ziemlich mittig bei den Tragflächen und Tanks liegt. Wenn man sich, sagen wir mal, diesen nur auf der x-Achse anschaut/berechnet.
    Wie sieht es auf der y-Achse aus?
    Logisch ist, dass der Schwerpunkt da sehr tief liegt. Allein wegen der Triebwerke und vollen Tanks. Aber ist es für das Flugverhalten wichtig, dass dieser weit unten ist? Und ist es wichtig, dass der Schwerpunkt auf der x-Achse nahe der Tragflächen ist?

    Ich denke/glaube, dass der Schwerpunkt einer ala CRJ900 oder Fokker100 eben nicht nahe der Tragflächen liegt und dadurch viel getrimmt werden muss?

    Lg
     
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  3. #2 MiG-Mech, 07.03.2010
    MiG-Mech

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  4. heydu

    heydu Fluglehrer

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    Danke
    Also wird viel durchs Höhenruder ausgeglichen in dem man es nach dem Schwerpunkt konstruiert?
    Ich nehme an, dass der Schwerpunkt in vertikale Richtung keine so extrem gravierenden Auswirkungen auf das Flugverhalten hat?
     
  5. xingu

    xingu Testpilot

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    ...wenn man viel mit dem Höhenruder ausgleichen muß dann ist das ganze Flugzeug eine Fehlkonstruktion...
     
  6. #5 Schorsch, 08.03.2010
    Schorsch

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    Schwerpunkt muss vor dem Auftriebsmittelpunkt des Gesamtflugzeugs liegen, sonst wird es schwierig.
    http://de.wikipedia.org/wiki/Neutralpunkt_(Luftfahrt)

    In der y-Achse (ich denke Du meinst damit die Querachse) sind kleine Abweichungen jetzt nicht so dramatisch, aber sie erzeugen ein konstantes Rollmoment, welches ich weg trimmen muss.
    In der z-Achse (Hochachse) ist es relativ egal, jedenfalls fürs Fliegen (beim Rollen ist es vielleicht anders).

    Nebst dem Flug ist für den Betrieb oft auch wichtig, wie weit der Schwerpunkt am Boden wandern darf bei der Beladung. Manche Flieger sind da echte Prinzessinnen.
    http://www.airliners.net/photo/Kore...12588/L/&sid=ea70202459449b0def3a0fb5e8f81b62
     
  7. #6 Intrepid, 08.03.2010
    Zuletzt bearbeitet: 08.03.2010
    Intrepid

    Intrepid Astronaut

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    So lange der Schwerpunkt noch am Boden stehend aus dem zulässigen Bereich wandert, ist es halb so schlimm ...


    Hier mal als Video: *klickmich* und *klickmich*.
     
  8. #7 reaperone, 08.03.2010
    reaperone

    reaperone Flieger-Ass

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  9. L29

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    @Reaperone: das erste Video schaut danach aus als ob die Ladung beim Start verrutscht wäre => Schwerpunkt verschiebt sich zu weit nach hinten und der Pilot kann mit dem Höhenruder nicht mehr genug ausgleichen und durch den zu großen Anstellwinkel reisst die Strömung ab.

    das 2te Video schaut eher so aus als ob das Flugzeug überladen wäre oder die Abhebgeschwindigkeit für die Beladung noch nicht erreicht hat.

    auch bei Fokker, CRJ ist der Schwerpunk in der Tragfläche.

    als Richtwert kannst du bei einer geraden Tragfläche den Schwerpunkt 1/3 der Tragflächentiefe vor der Flügelvorderkande nehmen.

    bei Hubschraubern ist der Schwerpunkt in der Rotorachse bzw knapp davor um die Schlaggelenke im Vorwärtsflug zu entlasten.

    hier ein Programm um den Schwerpunkt zu berechnen: http://www.modellflug-freakshow.at/downloads.html#Schwerpunkt
     
  10. heydu

    heydu Fluglehrer

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    Das ist rein optisch betrachtet echt schwer sich vor zu stellen.
    Denke aber das größere Abweichungen des Schwerpunktes zum heck in der modernen Luftfahrt eher selten sind.

    @Intrepid: Schwerpunktverschiebung ist wohl nicht "wie dem Hund in den Napf gespuckt":FFEEK:
     
  11. L29

    L29 Testpilot

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    bei der Fokker/CRJ und ähnlichen Flugzeugen müssen die Tragflächen weiter hinten sein weil der Schwerpunkt wegen den recht schweren Triebwerken weiter hinten ist.

    wie meinst du das mit den Schwerpunktabweichungen zum Heck?
     
  12. #11 BadCompany, 08.03.2010
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    BadCompany Testpilot

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    Bei dem Caribou Absturz soll doch irgendwas mit den gust locks nicht gestimmt haben, so dass die Höhenruder blockiert waren.
     
  13. gero

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    Hallo,

    bei allen mir bekannten Fluggeräten vom Papierflieger bis zum Airliner ist die Schwerpunktfestlegung extrem wichtig. Es gibt (in jeder Achsenrichtung!) einen zulässigen Bereich in dem (gesteuertes) Fliegen noch möglich ist. Der Pilot kennt diesen Bereich und ist dafür verantwortlich, zu prüfen, ob der "Reale" Schwerpunkt beim Start (und während des Fluges bis zur Landung) in diesem Bereich liegt und auch bleibt. Das ist manchmal nicht einfach (Beladung) oder erfordert ggf. auch einigen Aufwand unterwegs (z.B. leer werdende Tanks, Abwurf von Ladung...)

    Zur Längsrichtung war ja schon einiges gesagt, wenn der Schwerpunkt da zu weit hinten ist, kann aus dem gutmütigsten Flugzeug eine Bestie werden. Aber auch eine seitliche Schwerpunktverschiebung kann einige Schwierigkeiten bereiten. Und auch die Verschiebung des Schwerpunktes nach oben/unten hat Auswirkungen auf die Flugeigenschaften...

    Das mit dem Papierflieger war im übrigen ernst gemeint, damit kann man im einige der Effekte im warmen Wohnzimmer nachvollziehen, ohne das allzuviel kaputt geht, bei einem RC-Flugmodell kann man schön beobachten, daß der erfahrene Modellflieger nach dem Aufrüsten des Modells (zumindest ganz oberflächlich) die Schwerpunktlage prüft (bei einem neuen Modell auf jeden Fall) und sich dann beim Einfliegen langsam an die optimale Schwerpunktlage "herantastet"

    gero
     
  14. heydu

    heydu Fluglehrer

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    Logisch... Wo hab ich nur meinen Kopf. Ist ja oben schon genaustens beschrieben worden, dass wichtig sei den Schwerpunkt knapp vor dem flügel zu haben. Und je weiter die Tragflächen zum Heck verschoben werden desto leichter kann der Schwerpunkt vor diese gelangen.
     
  15. #14 RetiredF4, 08.03.2010
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    Die Schwerpunktlage ist ein wichtiges Konstruktionsmerkmal für die natürliche Stabilität eines Flächenflugzeuges. Dies gilt heute im Zeitalter der durch Computer und Flugregelsysteme künstlich generierten Stabilität nicht mehr oder nicht mehr in dem Maße.

    Damit ein Flugzeug natürlich stabil fliegt, sollte der Schwerpunkt in Flugrichtung vom Auftriebspunkt liegen. Die Hinterste Lage des Schwerpunktes wäre der Auftriebspunkt, wobei dann das Flugzeug bereits äußerst sensibel auf jeden Input reagiert und ohne künstliche Stabilisierung unfliegbar wird. Warum fällt dann die Nase nicht nach unten und das Flugzeug geht in den Sinkflug über? Weil der Stabilator bzw. das Höhenruder am Heck nicht Auftrieb, sondern Abtrieb erzeugt und über den Hebelarm die Nase oben hält. Zum Steigen bzw. Sinken wird dieser Abtrieb am Heck verändert, wodurch die Nase sinkt bzw. steigt. Insoweit begrenzt wiederum die Effektivität des Stabilators oder Höhenruders die vordere Schwerpunktlage.

    Bei modernen Flugzeugen mit künstlicher Fluglagensteuerung wird nach Möglichkeit der Schwerpunkt und der Auftriebspunkt so dicht wie möglcih zusammen liegen, um bei Verkehrsflugzeugen den Widerstand zu reduzieren und damit Sprit zu sparen und bei Kampfflugzeugen die Agilität zu erhöhen.

    Nun sind die genannten Punkte nicht an einer bestimmten Position fixiert, sondern sie wandern innerhalb bestimmter Limits. Der Schwerpunkt durch Beladung und Spritverbrauch, der Auftriebspunkt durch Änderung der Flügelkonfiguration. Bei Kampfflugzeugen zusätzlich durch Aerodynamic Shift bei Überschallflug.

    Mein Beitrag bezieht sich im wesentllichen auf Bussiness-, Verkehrs- und Kampfflugzeuge, bei kleinen Props kennt sich sicher jemand anders besser aus. Bei Entenflüglern produziert zum Beispiel der vorne liegende Canard ebenfalls Auftrieb, und der Schwerpunkt befindet sich zwischen diesen Canards und dem Hauptflügel.

    Damit zur Frage zurück: Ohne Korrekte Lage des Schwerpunktes innerhalb der vorgegebenen Parameter ist ein Flugzeug nicht fliegbar.

    franzl
     
  16. #15 Schorsch, 09.03.2010
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    Ich würde das letztere unterstreichen: nicht in dem Maße. Selbst moderne Flugregelsysteme haben ihre Grenzen, einfach wo die Instabilität so groß ist, dass keine Steuerung ihr beikommen kann. Mal als Hausnummern: Für normale Flugzeuge gilt 5% MAC als Minimum für die Schwerpunktvorlage (MAC = Bezugsflügeltiefe, also die Länge des Flügels, oder einfach Flügelfläche geteilt durch Spannweite, bei einem A320 etwa 3.6m). Bei diesem Wert ist eine künstliche Stabilisierung allerdings schon sinnvoll (siehe MD-11, welche ja so ihre Problemchen hat). Bis -5% kann man idR mit normalen Regelsystemen gehen. Am weitesten ist man meines Wissens mit der X-29 gegangen, die bis zu -25% Schwerpunktvorlage hatte. Dafür waren aber sehr pfiffige Regelsysteme nötig.

    Noch als Ergänzung: für das Sprit sparen gilt idR ein mehr oder minder auf dem Neutralpunkt sitzender Schwerpunkt als optimal. Bei Kampfflugzeugen dient die "Instabilität" speziell der Agilität bei Überschall. Diese ist bei natürlich stabilen Konstruktionen idR nicht sehr üppig. Ein gutes Beispiel ist die F-4 Phantom. Da kann der zitierte sicherlich anschauliche Beispiele geben, wie bockig das Verhalten im Pitch mit Übertritt über die Mauer wird.
     
  17. #16 RetiredF4, 09.03.2010
    RetiredF4

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    Dann will ich das mal tun.
    Wie vorher schon festgestellt, liegt der Schwerpunkt vor dem Auftriebspunkt und der Stabilator wirkt als Hebel für die Einhaltung bzw. Veränderung der Fluglage um die Pitch-Achse. Bei der Phantom verschiebt sich beginnend im transsonischen Bereich von ca. 0.93 Mach der Auftriebspunkt nach hinten. Diese Verschiebung ist bei über Mach 1 abgeschlossen, der Auftriebspunkt liegt dann für die Dauer des Überschallfluges relativ weit vom Schwerpunkt weg. Das Flugzeug würde in den Sinkflug gehen, würde man nicht mit dem Steuerknüppel dagegen steuern.

    Dadurch liegt das Flugzeug sehr stabil, was für den Kurvenflug aber bedeutet, dass sehr viel Kraft am Stabilator erforderlich ist um die Kurve einzuleiten und zu halten. Kurvenflug im Überschallbereich erfordert deutlich höhere Kräfte-Imput vom Piloten, ein Überschießen der G-Kräfte ist fast nicht möglich.

    Problematisch wird es, wenn die Geschwindigkeit aufgrund des Kurvenfluges wieder in den Unterschallbereich wandert, was beim Kurvenflug sehr leicht passieren kann. Wir hatten ja zuvor festgestellt, dass der aerodynamische Widerstand für den Kurvenflug größer wird, wenn der Schwerpunkt und der Auftriebspunkt weiter auseinander liegen. Geht nun die Geschwindigkeit unter Mach 1, wandert der Auftriebspunkt nach vorne Richtung Schwerpunkt, was bedeutet, dass meine Stabilisatorposition (vorausgesetzt man behält den bisherigen Ausschlag bei) schlagartig an Effiktivität gewinnt, was zu einer Erhöhung der G-Kräfte führt. Aus der Praxis gesprochen eine G-Belastung von 4 G bei Mach 1,1 wird so zu ca. 7 G bei M 0.92, ohne dass man gefühlsmäßig am Stick was verändert hat. Die Geschwindigkeitsänderung passiert dann beim Luftkampf auch sehr schnell, wir reden hier von 1-3 Sekunden von 1,1 auf 0,92. Hat man die zusätzlich erforderliche Kraft für den Geradeausflug zuvor weggetrimt (durch Nose-up-Trim), dann wird die Situation noch verschärft.

    Es gibt wohl keinen Phantom-Piloten, der sich auf diese Art und Weise nicht schon ein "OVER-G" eingefangen hätte, mein Spitzenwert war 8,1 G. Das war dann mit einer Kiste Bier für die Wartung nicht mehr getan.

    franzl
     
  18. heydu

    heydu Fluglehrer

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    Dh die wartung muss mehr ackern, wenn du dem alten Bock die Sporen gibst?
    welche Vorschriften gibt es da?

    Gruß
     
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  20. #18 RetiredF4, 09.03.2010
    RetiredF4

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    Eigentlich gibts ja G-Limits im Flughandbuch entsprechend der Außenlasten und des Gewichtes. Diese Werte wurden weiter eingeschränkt, wenn die G-Belastung bei Roll-Manövern geflogen wurde (sogenannte asymetrische G´s).
    Weiterhin kann ein operationelles Limit von Seiten des Materialamtes oder anderer Kommandobehörden existieren.

    Wie das heute ist, keine Ahnung. Meine Zeit liegt Jahrzehnte zurück, so alt bin ich und der Vogel nun mal schon.

    Auf der F-4F passierte clean oder mit dem HPC Tank bis 7,5 G nichts, und wer hätte schon zugegeben dass er das noch mit vollem Tank geflogen hätte? Mit Wingtanks leer war das dann 6 G, und mit dem alten Sergant Fletcher Rumpftank waren 4,8 G. Bei der RF-4E war es ähnlich, wobei zum Fotografieren weder so hohe Geschwindigkeiten noch Manöver am Limit erforderlich waren.

    Man muss sich da jetzt nicht vorstellen dass da jeden Tag ein Over-G passierte. Man durfte ja nur in bestimmten Gebieten und bei bestimmte Flugprofilen Überschall gehen, wußte um das Problem und verhielt sich dementsprechend. Aber wenn es eben passierte, dann konnte es auch heftig sein.

    Was bei 8,1 alles zu machen war, dazu kann mein Freund Wiesenser wohl näheres erzählen. War glaub ich volles Programm inclusive Triebwerke ziehen, um die Triebwerksaufhängungen zu prüfen.

    franzl
     
  21. #19 Phantomas226, 09.03.2010
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    Moin,
    der Wiesenser hat Spätschicht :) vielleicht kann ich etwas beitragen. Die G-Limits der F4 haben sich nicht geändert und gelten nach wie vor.
    Die Minor OverG ist einigen Stunden "Klappenschrauberei" erledigt. Eine Major OverG ist wesentlich Umfangreicher. Die Triebwerke werden ausgebaut Die Flügelinnentanks werden geöffnet um die gesamte innere Struktur des Tragwerks zu kontrollieren und so weiter. OverG Inspektionen werden übrigens NICHT mehr von der Wartungsstaffel gemacht sondern nur noch von den Mechanikern der Instandsetzungsstaffel (aber auch da gibt es Kühlschränke):HOT:
     
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