Flugstabilität

Stabilität um drei Achsen

Jedes Flugzeug sollte um jede Achse ein gewisses Maß an Eigenstabilität aufweisen, damit es nach kleinen Störungen wieder in seine ursprüngliche Fluglage zurückkehrt . Wäre ein Flugzeug nicht eigenstabil genug, so würde jede kleinste Störung einen dementsprechenden Steuerimpuls des Piloten erfordern. Das Flugzeug wäre nur sehr schwer bis garnicht steuerbar.

Statisches Gleichgewicht

Es wird unter drei verschiedenen Gleichgewichtszuständen unterschieden :

•   Stabil :

wird  ein   Körper aus seiner Gleichgewichtslage  gebracht und kehrt er von selbst wieder in seine Ursprungslage zurück, so nennt man diesen Zustand "statisch stabil" .

• labil :

wird  nun  dieser Körper aus  seiner Gleichgewichtslage  gebracht  und bewegt er sich von selbst von seiner Ursprungslage weg, so spricht man von "statisch labil".

• indifferent:

wird  ein  Körper  aus  seiner Gleichgewichtslage gebracht und kommt er in  einer  beliebigen Lage zur  Ruhe, dann  nennt  man diesen Zustand "statisch indifferent".

Dynamisches Gleichgewicht

Das Luftfahrzeug befindet sich dann im dynamischen Gleichgewicht, wenn es  infolge seiner eigenen Massekräfte (Schwung) seine geradlinige Bahn beibehält.Hier unterscheidet man unter folgenden dynamischen Gleichgewichtszuständen :

Das Lastvielfache

• stabil :

Nach einer Störung stabilisiert sich das Flugzeug von selbst

wird  ein  Körper durch eine kurzzeitige Störung aus seiner Bahn gebracht und kehrt von in diese zurück, dann ist sein  Verhalten  "dynamisch stabil".

• labil :

Nach einer Störung wird die Abweichung von der Flugbahn

wird die Abweichung von seiner Bahn immer größer, so ist sein  Verhalten  "dynamisch labil".

• indifferent:

Die Abweichung von der Flugbahn bleibt gleich

bewegt sich ein Körper nach einer kurzzeitigen Störung jedoch in gleichmäßigen Abweichungen von seiner Bahn weiter, so ist sein  Verhalten  "dynamisch indifferent".

Längsstabilität

 oder die Stabilität um die Querachse

 Bewegung um die Querachse

Im Normalflug entspricht der Anstellwinkel dem Einstellwinkel. Druckpunkt und Schwerpunkt liegen zusammen. Wird nun das Flugzeug durch eine nach oben gerichtete Störung (z.B. Thermik, Rotor oder Turbulenz) aus seiner Bahn gebracht, dann erhöht sich der Anstellwinkel und der Druckpunkt wandert zur Flügelnase. Dies hat zur Folge, daß sich der Anstellwinkel noch weiter vergrößert und sich das Flugzeug immer mehr von seiner Normalfluglage entfernt. Es verhält sich dynamisch labil. Der Flügel ist grundsätzlich dynamisch labil. Je weiter der Schwerpunkt nach hinten eingestellt wird (schwanzlastig), desto größer wird die Labilität auf Grund des größeren Hebelarms zwischen Druckpunkt und Schwerpunkt. Um aber eine gewisse Eigenstabilität um die Querachse zu erreichen, wird der Flügel durch das Höhenruder ergänzt. Es hat nun die Aufgabe, das durch die Druckpunktwanderung erzeugte, nach oben gerichtete Flügelmoment auszugleichen.

Höhenleitwerke werden meist mit symmetrischen Profilen gebaut und erzeugen daher in Normalfluglage    ( 0° Anstellwinkel ) keinen Auftrieb. Wird die Nase des Flugzeugs jedoch durch die vorher genannte Einflüsse nach oben bewegt, so wird auch das Höhenleitwerk positiv angestellt und erzeugt jetzt Auftrieb. Das hier entstehende Höhenleitwerksmoment wirkt nun dem Flügelmoment entgegen und das Flugzeug kehrt nach einigen Schwingungen in seine Normalfluglage zurück.

 Funktion des HLW

Querstabilität

 oder die Stabilität um die Längsachse.

 Bewegung um die Längsachse

Wird durch eine Bö oder durch Querruderausschlag das Flugzeug in eine Querneigung gebracht, dann tritt ein Schiebeeffekt ( Gieren ) um die Hochachse auf. Bei Tragflächen mit V-Form ( z.B. Tief- und Mitteldecker ) erzeugt die hängende Flügelhälfte immer mehr Auftrieb als die aufgerichtete Flügelhälfte. Auch wird die Auftriebserzeugung dieser aufgerichteten Flügelhälfte von Wirbel des seitlich angeblasenen Rumpfs negativ beeinflußt. Diese beiderseits entstehenden Kräfte bringen das Flugzeug wieder in eine waagrechte Fluglage. Der Giereffekt, der durch seitliche Anströmung des Seitenleitwerks entstand, hebt sich ebenfalls auf.

  Kräfte um die Längsachse

Schulter- und Hochdecker werden meist mit wenig bis keiner V-Form gebaut. Hier wird durch den tiefer liegenden Schwerpunkt sowie durch die seitliche Anströmung des Seitenleitwerks ( Rudermoment L x b ) die Querneigung wieder aufgehoben.

Kursstabilität 

 oder Stabilität um die Hochachse.

 Bewegung um die Hochachse

Seitenleitwerke werden ebenfalls mit symmetrischen Profilen gebaut. In Strömungsrichtung erzeugen sie keinen Auftrieb.Giert das Flugzeug aus irgendwelchen Gründen, dann wird das Seitenleitwerk seitlich angeblasen und es erhöht sich sein "Anstellwinkel". Es wird dabei ein Moment erzeugt, das dem Giermoment entgegen wirkt (Windfahneneffekt ). 

  Kräfte um die Hochachse

Werden Tragflächen nach hinten gepfeilt und wird das Flugzeug um die Hochachse durch eine seitliche Störung gedreht, dann bietet die vorlaufende Flügelhälfte mehr Widerstand als die rücklaufende Flügelhälfte. Das Flugzeug dreht in seine Ausgangslage zurück.