Anstellwinkel...?!

[Bengel]

Die Abbildungen sind - wie ich früher schon mal angab - aus dem von Dir genannten Buch, als Vorlage für Texte diente es als allerdings wahrlich nicht.......

Da gibt es weitreichendere Literatur wie beispielsweise "Aerdynamik des Flugzeuges", 2-bändig, oder "Flugmechanik" vom Springerverlag

Die Graphiken und Bilder gefallen mir allerdings ausnehmend gut

[Frank_IVAO]

@ Carl,

danke für den Hinweis Ich hab das Buch auch "Technik desmod. Verkehrs-flz" aber ich hab das noch nich verglichen, weil es mehr oder weniger dahin staubt in meinem Schrank. Die Aussagen in dem Buch decken sich öfter nich so wirklich mit meinen anderen (auf papier vorhandenen) Unterlagen, daher nutze ich das Buch nich wirklich oft.

Um so interessanter, das Bengel schienbar alles nur aus irgendwelchen Büchern zietiert nud dann sagt, was er nich alles weiß und meint andere leute hätten HALBWISSEN.

Wenns so ist, krame ich auch mal wieder meine ganzen Bücher raus wo irgendein "schmarrn" drin steht

Zum Zitat "Also ich wundere mich, woher Du diesen Blödsinn beziehst, den Du hier schreibst." : Woher du deins hast, wissen wir ja jetzt wohl

Lassen wir das, aber ein intressanter Beitrag von Carl.

Danke Carl

[hpfranzen]

Ich denke, Alfred steht weit über den Verdächtigungen.
Ich habe für meine IFR Serie auch nicht jede Skizze selbst gezeichnet oder jedes Foto selbst fotografiert.
Aber daraus zu folgern jemand habe vom Fach keine Ahnung, zeigt einfach nur Dummheit oder Oberflächlichkeit oder beides!
Ich werde mir jedenfalls auch vorbehalten, auf Postings vom IVAO Frank überhaupt noch zu reagieren.

Einen schönen Tag noch allerseits!

HP

[Peterle]

... von Literatur ist ja nichts Verwerfliches, ganz im Gegenteil

Das Problem ist nur, dass es zwischen "Pilotenliteratur" und aerodynamischer Fachliteratur manchmal (aus den verschiedenen Sichtweisen heraus) scheinbare, aber auch echte Diskrepanzen gibt. Es gibt in mancher Pilotenliteratur (z.B. auch in den sattsam bekannten Bänden "Der Privatpilot") sehr viele Ungenauigkeiten und heftige Fehler - da haben halt Flieger vor 60 oder mehr Jahren (ausgehend von älterer Technik) etwas zu Papier gebracht, das nicht ganz hieb- und stichfest ist, und das wird *kritiklos* immer weiter abgeschrieben und hundertmal "neu" publiziert. Gibt's in anderen "Wissenschaften" auch.

Zur Frage der Nickstabilität unten das versprochene Bildchen: Tragfläche und Höhenflosse sitzen auf verschiedenen Seiten des Schwerpunkts S, das Flugzeug ist vorstellbar wie eine Balkenwaage. An Tragfläche und Höhenruder wirken abhängig von AoA und Fläche verschiedene Kräfte, mit den "Hebelarmen" multpliziert also Drehmomente. Im oberen Bildchen herrscht Gleichgewicht, im unteren ist die Nase um 4 Grad nach oben gegangen, entsprechend ergibt sich ein Rückstellmoment, bis der Gleichgewichtszustand wieder eingetreten ist.

Negativer Auftrieb des Höhenruders ist *nicht* zwingend erforderlich, nur *kleinerer* Ca als der der Tragfläche (bei Entenleitwerk ensprechend *grösserer* Ca).

Man kann das nun für verschiedene Hebelarme (Schwerpunktlagen) durchspielen. Für recht weite Bereiche der Schwerpunktslage ergibt sich ein (stabiles) Gleichgewicht. Problematisch wird es dann, wenn einer der AoA's in oder über den Stallbereich kommt: Da gilt eben nicht mehr: Grösserer Auftrieb bei grösserem AoA, sondern kleinerer Auftrieb bei grösserem AoA - damit Instabilität.

Das dynamische Verhalten ergibt sich aus den Trägheitsmomenten und den Dämpfungen der "Wippbewegungen" durch die Luftkräfte.

Die manuelle "Ausregelung" von Phugoidschwingungen ist bei kleinen Maschinen nur Übungssache - ich will nicht behaupten, dass ichs' routinemässig kann Aber es macht echt Spass, mal real in einer kleinen (ausgetrimmten) Kiste den Knüppel voll zu ziehen und einfach wieder loszulassen - nach ein paar Schwingungen ist man wieder bei (fast )gleicher Geschwindigkeit, Höhe und Vs, die man vorher hatte. Und - da braucht man nicht einmal eine Realflugstunde, sowas simuliert der MSFS ganz prima, also kann's jeder sogar im Flusi ausprobieren.

Bei grossen Maschinen müsste das - wie's Alfred gesagt hat - eigentlich per Ordre de Mufti (FAA ) auch der Fall sein: Jeder durchschnittlche Pilot muss, soviel ich weiss, ein Verkehrsflugzeug manuell sicher fliegen können. Will sagen: Bei GA- und bei Verkehrsflugzeugen (auch Airbus?) muss(!) durch konstruktive Massnahmen (z.B. grosse Ruderflächen) dafür gesorgt sein, dass Schwingungen um die Querachse immer *gedämpft* abklingen. Sonst gibt's keine Musterzulassung.

Viele Grüsse
Peter

P.S. Ich find's eigentlich sehr schade, dass sich hier wieder, wie so oft, Diskussions-Stil und -Inhalt nicht zueinander gesellen wollen. Was wollen wir denn eigentlich? Herausbekommen, wer der "Beste(Klügste, Genialste)" ist? Pah, Fehler machen wir alle, durch die Bank. Ich mach' z.B. mengenweise. Aber hier lesen doch Leute mit, die sowas garnicht interessiert: Sie wollen doch nur ein bischen mehr über's Fliegen wissen. Streiterei wirkt nur abschreckend - und das fände ich gerade hier, wo sich die "wissenden" Teilnehmer eigentlich sinnvoll ergänzen könnten, ziemlich schade.

[Los Carlos]

Hallo Peterle,

es gibt ja bekanntlich Flugzeuge mit Pendelhöhenruder.

Angenommen, im Reiseflug hätte so eine Maschine eine Einstellwinkeldifferenz von 1°.

Was passiert nun mit der Nickstabilität, wenn der Pilot auf die Idee kommt, den Knüppel so weit zu drücken, dass die Einstellwinkeldifferenz gleich NULL wird?

Nach deinem Bild sollte dann keine Stabilität mehr vorhanden sein?
Ich weiss aus eigener Flugerfahrung und weil sonst viel mehr Flugzeuge herunterfallen würden,dass das real kein Problem ist, aber wie passt das mit deiner sehr einleuchtenden Theorie zusammen?

Vielen Dank

Los Carlos

[Bengel]

@Peterle:

Negativer Auftrieb des Höhenruders ist *nicht* zwingend erforderlich, nur *kleinerer* Ca als der der Tragfläche (bei Entenleitwerk ensprechend *grösserer* Ca).

jaein.....

er ergibt sich aus der aerodynamischen Auslegung, weil die Summe der angreifenden Momente (ohne Höhenruder) aus Stabilitätsgründen linksdrehend ist, und daher ein auf Null ergänzendes rechtsdrehendes Moment - also Abtrieb - durch das Höhenruder erforderlich wird. Aus Stabilitätsgründen erfolgt die aerodyn. Auslegung der Airliner generell in diesem Sinne. (rechts- und linksdrehend ist verbindlich definiert)

Andernfalls wäre der Schwerpunkt zu nahe dem Neutralpunkt und das Flugzeug indifferent bis instabil, womit besonders im Reiseflug die Beherrschbarkeit bei Reglerausfall nicht gewährleistet wäre.

Unabhängig aller ökononischer Kriterien ist die manuelle Beherrschbarkeit eines zum Passagiertransport zuzulassenden Flugzeuges im Rahmen der Testfüge nachzuweisen.

Es ist ja nicht allein das "Prinzip der Waage", wie Du schreibst, sondern auch das Problem der sich verschiebenden Angriffspunkte zu beachten. Strömungsablösungen am Innenflügel im Reiseflug oder Momentenänderung durch Laständerung am Triebwerk, beispielsweise.


@Frank: ich habe lange genug in einem Aerodynamik-Team eines Herstellers gearbeitet um auch ohne Literatur noch ein wenig zu wissen, und als aufmerksamer Leser hastr Du sicher erkannt, daß ich hier reihenweise Sachverhalte einbrachte, die Du NICHT in dem von Dir genannten Buch erfahren kannst.......

[Peterle]

@Carlos: Hmmm, ja, diese "Erklärung" der Stabilisierung um die Querachse erfordert ja zwingend, dass der AoA der Höhenflosse *immer* kleiner ist als der der Tragfläche. Ich grübele also heftig ...

Die Sache, die ich tatsächlich nicht weiss: Bekommt man mit Knüppel voll nach vorne den AoA von Höhenflosse+Ruder tatsächlich grösser als den AoA der Tragfläche? Dazu noch Alfred's völlig nachvollziehbares Argument, dass man vernünftigerweise ja mit negativem AoA der Höhenflosse arbeitet (somit also die Tragfläche (genauer: den Druckpunkt) also hinter den Schwerpunkt legt... ich weiss es einfach nicht und grüble deshalb

Pendelruder... hoffentlich verstehe ich Dich richtig: Ein Ruder, das wirksame Fläche auch *vor* der Drehachse hat. Diese reduziert die aufzubringenden Stellkräfte. Ich meine aber (bitte, ohne jetzt in die Tiefe gedacht zu haben), dass der AoA davon doch nicht abhängig ist... klar, der Einstellbereich ist schon grösser als beim "normalen" Ruder.

Du siehst: Ich weiss momentan einfach nicht wirklich, ob man real - konstruktiv wie auch immer - tatsächlich den AoA "hinten" gleich oder (schrecklich! ) gar grösser als den AoA "vorne" bekommt.

Nochwas: Das ist natürlich nicht *meine* Theorie (da wär ich ganz stolz drauf - aber so schlau war ich natürlich nicht ), sie ist selbstverständlich hundertprozentig angelesen. Ich hatte nur die Unterlagen nicht zu Hand und hab' deshalb das Beispiel oben "mit schnellem Paintprogramm" hingehauen...

Alfred hat auf noch einen Punkt aufmerksam gemacht: Das ganze soll auch nur dazu dienen, eine *erste* Vorstellung zu vermitteln, warum das Flugzeug nicht dauernd Purzelbäume um die Querachse macht. Das ganze Feld der Druckpunktwanderung (Klappen, höhere Machzahlen, lokaler Stall usw) ist ja noch völlig aussen vor...

Ich glaub', ich brech' mir auch noch ein Bild mit "hinten negativem AoA" ab...

Viele Grüsse
Peter (noch immer grübelnd )

P.S. Was das "angelesen" betrifft: Ich hab' ein riesiges Glück gehabt und einen Fluglehrer kennengelernt, der sich ebenfalls für diese "Details" interessiert und wir haben ein paar dieser Sachen während einiger sehr schöner Flugstunden im UL praktisch ausprobiert. Ich war ganz überrascht, wie gut "nachvollziehbar" solche Gedankenspiele in der Praxis sind. Klar, alles mit dem nötigen Respekt und nie über die Grenzen gegangen...

[Bengel]

Bedenkt, wenn ihr vom Leitwerk sprecht, daß die Zuströmung des Höhenleitwerks erheblich von jener des Flügels abweicht, weil es im Abwind des Flügels liegt. Die Zuströmrichtung von Flügel und Leitwerk unterscheiden sich durch den Abwindwinkel alpha(w).

Eine ausschließlich statische Betrachtung der Kräfte und Winkel führt zu falschen Ergebnissen, weil sich das Gesamtsystem Flügel-Rumpf-Leitwerk nicht mit einfachen Kräfteskizzen erläutern läßt die nur den jeweiligen Auf-/Abtrieb, Widerstand, etc. beinhalten, auch wenn es freilich hilft zum Verständnis beizutragen. Es gehört auch die Beachtung der unterschiedlichen Anströmungen unbedingt mit dazu.

Es ist bezüglich Nickstabilität der Neutralpunkt wichtiger als der Druckpunkt (Momentenbetrachtung, nicht Kräftebetrachtung!).

Es gibt einen Zusammenhang zwischen dem Anstellwinkel des Flügels und jenem des Leitwerks, welcher lautet:

alpha(h) = alpha + epsilon(h) + alpha(w)

alpha ... Anstellwinkel (Index h für Höhenleitwerk)
epsilon ... Einstellwinkel
alpha(w) ... induzierter Abwindwinkel.

Damit will ich nur zeigen, daß das Höhenleitwerk nicht isoliert zu sehen ist.

In alle Rechnungen wird i.d.R. der Auftriebsbeiwert des Höhenleitwerks eingesetzt, und dort ist der Ruderausschlag mit enthalten. Leider kann man hier schlecht Formeln schreiben......

Die Momentenänderung der Nickmomemente und damit die Stabilität bei Ruderausschlag ist rechenbar (kompliziertere Differentialgleichung), man kann also das Höhenleitwerk mit neutralem oder ausgestelltem Ruder jeweils wie ein entsprechend eingestelltes Leitwerk betrachten.

[Los Carlos]

@Bengel

Bedenkt, wenn ihr vom Leitwerk sprecht, daß die Zuströmung des Höhenleitwerks erheblich von jener des Flügels abweicht, weil es im Abwind des Flügels liegt. Die Zuströmrichtung von Flügel und Leitwerk unterscheiden sich durch den Abwindwinkel alpha(w).

Ich habe das auch schon festgestellt. Ein Flugzeug, dass ich gelegentlich fliege hat deutliche Nickmomente beim Übergang vom sauber koordinierten in etwas unkoordinierteren Geradeausflug.
Da reicht schon ein bisschen Seitenruder aus und nicht nur der Schwanz geht herum, sondern die Nase geht auch deutlich runter.
Das muss wohl damit zusammenhängen, dass das der Abwind die Höhenflosse im koordinieren Zustand bedeutend anders anströmt, als im leicht unkoordinierten. (Denke ich mir mal in meinem jugendlichen Leichtsinn ;-)

Bei allen anderen Flugzeugen habe ich derartiges Verhalten noch nicht festgestellt.
Aber mal ganz generell: Macht der Abwind-Effekt die ganze Rechnerei mit Neutralpunkt, konstanten Momenten etc nicht fast schon sinnlos?
Muss man da nicht schon fast mit der Chaos-Theorie anfangen, um überhaupt auf einen grünen Zweig zu kommen?

@Peterle

Pendelruder... hoffentlich verstehe ich Dich richtig: Ein Ruder, das wirksame Fläche auch *vor* der Drehachse hat. Diese reduziert die aufzubringenden Stellkräfte. Ich meine aber (bitte, ohne jetzt in die Tiefe gedacht zu haben), dass der AoA davon doch nicht abhängig ist... klar, der Einstellbereich ist schon grösser als beim "normalen" Ruder.

Eigentlich habe ich das Pendelhöhenruder in meiner Frage nur deshalb gewählt, weil da viel leichter ersichtlich ist, dass die Einstellwinkeldifferenz je nach Einstellung auch schon NULL oder falsch herum sein kann.
Mit normaler Flosse und Ruder kann man das natürlich genauso gut hinbekommen. Nur vielleicht nicht ganz so krass.

Du siehst: Ich weiss momentan einfach nicht wirklich, ob man real - konstruktiv wie auch immer - tatsächlich den AoA "hinten" gleich oder (schrecklich! ) gar grösser als den AoA "vorne" bekommt.

Also wirklich nachgemessen habe ich da auch nicht. Aber wenn man sich z.B. eine Robin DR400 mit voll gedrücktem Knüppel anschaut, dann ist die Einstellwinkeldifferenz auf jeden Fall "falsch herum".

Und wenn man bedenkt, dass die konstruktive Einstellwinkeldifferenz auch bei anderen Flugzeugen normalerweise auch nur gaaanz wenige Grad ist (Bengel weiss da sicher besser bescheid), dann sollte man mit leichtem Drücken bereits in den instabilen Bereich hineinkommen können.

Aber es passiert nichts, ausser dass die Nase nach unten geht.
Interessant wäre es mal, zu überlegen, was im Rückenflug passieren würde;-)

P.S. Was das "angelesen" betrifft: Ich hab' ein riesiges Glück gehabt und einen Fluglehrer kennengelernt, der sich ebenfalls für diese "Details" interessiert und wir haben ein paar dieser Sachen während einiger sehr schöner Flugstunden im UL praktisch ausprobiert. Ich war ganz überrascht, wie gut "nachvollziehbar" solche Gedankenspiele in der Praxis sind. Klar, alles mit dem nötigen Respekt und nie über die Grenzen gegangen...

Das ist natürlich Ideal. Noch idealer wäre es, mit einem perfektionistischen Flugzeugkonstrukteur, der gleichzeitig noch Pilot, am besten Kunstflieger ist. Aber die kann man weltweit an einer Hand abzählen

[Bengel]

Aber mal ganz generell: Macht der Abwind-Effekt die ganze Rechnerei mit Neutralpunkt, konstanten Momenten etc nicht fast schon sinnlos?

NEIN, ganz klares NEIN! Die Rechnerei macht nicht nur Sinn, sie ist unabdingbar, weil man ja irgendwie anfangen muß wenn man ein Flugzeug entwirft. Freilich wird im Windkanal und später während der Testflüge verifiziert.

Die mathematischen Werkzeuge zur Berechnung sind vorhanden, naja, tun wir mal so als ob, denn leider ist die Strömungslehre in jenen Geschwindigkeitsbereichen, in denen Airliner sich bewegen, noch immer keine exakte Wissenschaft, approximativ kommt man aber in der Praxis sehr gut zurecht.

Und den letzten Feinschliff muß man sowieso im Windkanal ausarbeiten. I.d.R. werden mehrere Varianten (Flügelform, Profil, Rumpf, Leitwerk) rechnerisch (=näherungsweise) geprüft, die "interessantesten" werden als Modell im Windkanal einer ausgiebigen Analyse unterzogen, dann bleiben eventuell zwei oder drei Verianten (oder auch nur eine), an der dann Detaills immer wieder optimiert werden, bis der Vogel gebaut wird.

Die vielen Stunden bis zur Zulassung verbringen Testpiloten eben mit genau solchen Dingen, nämlich Stabilitätsbereiche erfliegen (schlicht probieren, ob der Ingenieur richtig gerechnet hat ), das Verhalten auf Übereinstimmung mit der Auslegung und den Vorschriften abklopfen (Stall, etc.), Lärmteppiche ausmessen, usf.


PS: Zwar habe ich von der Robin keine Ahnung, aber daß Du jemals nur durch ziehen oder drücken der Ruder in den instabilen Bereich kommst bezweifle ich massiv! Und zwar deshalb, weil damit eine Zulassung unerreichbar ist, das Flugzeug würde ja unberechenbar sein, vor allem, weil viele Freizeitpiloten nur am Rande des Stunden-Minimums fliegen und gar nicht die praktische Qualifikation für plötzlich auftretende außergewöhnliche Flugzustände aufweisen. Da muß der Flieger im Rahmen seiner Spezifikation schon "halbwegs" stabil sein.

Die Anstellwinkel sind erstmal nicht das Kriterium, sondern die sich dadurch ergebenden Auftriebsbeiwerte und Momente, und dies kann (muß!) man für jeden maximalen positiven und negativen Ruderausschlag des Höhenleitwerks mit abklopfen. Ist mit Computer nicht so dramatisch, für kleine GA-Hüpfer sowieso nicht.... da kann man ja wegen der geringen Geschwindigkeit enorm viel vereinfachen (Kompressibilität der Luft, etc.).