Die Kräfte am Flugzeug
|
||||
Luftkraft und Druckpunkt
|
||||
Druckpunktwanderung |
||||
Je nach Anstellwinkel verändert sich auch die Lage des Druckpunkts, sofern nicht druckpunktfeste oder S-Schlag Profile zum Einsatz kommen. Die Druckpunktwanderung hat nun einen großen Einfluß auf die Flugstabilität. Die Druckpunktwanderung Vergrößert man nämlich den AW, so wandert der Druckpunkt, sofern der Druckpunkt vor dem Schwerpunkt liegt, nach in vorne Richtung Profilnase und erzeugt dabei ein Drehmoment nach oben um die Flügelquerachse. Verkleinert man den AW, so wandert der Druckpunkt nach hinten und erzeugt dabei ein kopflastiges Moment über die Querachse des Flügels. Es sind also konstruktive Maßnahmen nötig um diese Moment zu |
||||
Kräfte im Flug
|
||||
Bei Segelflugzeugen wird eine Teilkraft (Zugkraft) der Gewichtskraft benötigt, um den für den Gleitflug nötigen Vortrieb zu erzeugen. Bei konstanter Geschwindigkeit ist die Luftkraft so groß wie die Gewichtskraft, nur wirken beide gegeneinander. |
||||
Kräfte im stationären Segelflug Durch die nach vorne geneigte Flugbahn des Segelflugzeugs kann die Auftriebskraft aber nur einen Teil der Gewichtskraft, die Gewichtskraftkomponente, ausgleichen. Aus der Differenz der beiden Kräfte ensteht die Zugkraft, die als Vortrieb genutzt wird. Vergrößert man die Fluggeschwindigkeit, so erhöht sich auch die Widerstandskraft. Um diese Geschwindigkeit jedoch beizubehalten muß der Vortrieb erhöht werden. Dies kann nur durch eine steilere Flugbahn erreicht werden. Ein stationärer Horizontalflug läßt sich mit einem Segelflugzeug nicht durchführen. Steigt es jedoch im Aufwind, so kann die zugeführte Energie in Fahrt oder zum Ausgleich des Höhenverlustes umgewandelt werden .Der Gleitwinkel errechnet sich aus dem Verhältnis aus Widerstands - und Auftriebskraft. |
||||
Für Leistungsangaben von Segelflugzeugen wird jedoch nicht der Gleitwinkel sondern meist die Gleitzahl verwendet. Diese errechnet sich aus der Formel :Die Gleitzahl beträgt bei einem Gleitwinkel von 1.5°... 1.5 / Tan = 0.026 . In der Praxis wird aber zum besseren Verständnis das Gleitverhältnis angegeben ... 1/ 0.026 = 38.46 , also ein 1:38,5 . Aus 100m Höhe ist dieses Segelflugzeug in der Lage eine Strecke von 3850m zurücklegen. Der allgemeine, unter Segelflugpiloten übliche Begriff Gleitzahl, wäre hier falsch, denn die wäre ja 0,026. Genaugenommen spricht man vom Gleitverhältnis 1: 38,5. Im Motorflug wird Vortrieb (Zugkraft) durch Motorleistung erzielt. Hier wird die Gewichtskraft vollständig von der Auftriebskraft ausgeglichen und die resultierende Luftkraft wirkt der resultierenden Gewichtskraft entgegen. Ohne Motorkraft verhält sich ein motorgetriebenes Luftfahrzeug jedoch wie ein Segelflugzeug im Gleitflug. |
||||
Kräfte im Motorflug |
||||
Kräfte im stationären Kurvenflug |
||||
Im stationären Kurvenflug kommt eine weitere Kraft ins Spiel, die Zentrifugalkraft Fz. |
||||
Kurvenkräfte im stationären Kurvenflug |
|
FA = AUFTRIEBFL = LUFTKRAFTFz = ZENTRIFUGALKRAFTFzp = ZENTRIPTALKRAFTFG = GEWICHTFGK = KURVENGEWICHT |
|
|
Diese Zentrifugalkraft "Fz" ist horizontal zum Kurvenäußeren gerichtet und muß durch die Teilkraft "Fzp", eine Komponente aus der Luftkraft "FL", wieder ausgeglichen werden. Um dies zu erreichen muß der Tragflügel in eine Querneigung gebracht werden. Die nun entstehende Zentripetalkraft "Fzp" wirkt der Zentrifugalkraft "Fz" entgegen.Im Kurvenflug wird das Flugzeug scheinbar schwerer, weil eine weitere Kraft, das resultierende Kurvengewicht "FGK" aus Gewicht und "Fz", auf das Flugzeug einwirkt und es scheinbar nach unten und nach außen zieht. Das Kurvengewicht ist immer ein Vielfaches des Fluggewichts und muß vom Flügel kompensiert werden. Dabei biegt sich die Tragfläche auf Grund des höheren Kurvengewichts mehr oder weniger stärker durch. Um dieser Kurvengewichtskraft entgegenzuwirken, muß auch die Gesamtluftkraft erhöht werden. Dies wird einerseits durch Erhöhung der Fluggeschwindigkeit und andererseits durch Vergrößerung des Anstellwinkels (ziehen am Höhenruder) erreicht. |
||||
Die FlächenbelastungDie Flächenbelastung definiert das Verhältnis aus der Flugmasse und der Flügelfläche des Luftfahrzeugs. Flächenbelastung = Masse / Flügelfläche Z. Beispiel : Beträgt das Abfluggewicht des Luftfahrzeugs 500 Kg bei einer Flügelfläche von 10 m2, so ergibt sich eine Flächenbelastung von 50 Kg / m2. |
||||
Das Lastvielfache |
||||
Fliegt man eine Kurve, einen Abfangbogen oder einen Looping, so treten immer Zentrifugalkräfte auf, die das Fluggewicht scheinbar erhöhen. Wie im Absatz Kräfte im stationären Kurvenflug beschrieben, muß die Gesamtluftkraft entsprechend erhöht werden um solche Manöver überhaupt durchführen zu können. Das Luftfahrzeug wird nun mit einem Vielfachen der Erdbeschleunigung ( 9,81m/s2) belastet. Das Gewicht erhöht sich scheinbar um diesen Faktor und man spricht vom Lastvielfachen oder g-Kraft. Im stationären Gleitflug beträgt das Lastvielfache 1,00. Fliegt man jedoch eine Kurve oder einen Abfangbogen mit dem Lastvielfachen n=2, so verdoppelt sich scheinbar das Gewicht um das Doppelte. Dabei ist die Gesamtluftkraft doppelt so hoch wie die Gewichtskraft. Ebenso wird der Flügel doppelt so hoch beansprucht.Im Allgemeinen werden Luftfahrzeuge für ein Lastvielfaches von n = - 3 bis n = + 6 ausgelegt, sofern es sich nicht um gerade für den Kunstflug gebaute Flugzeuge handelt. Zusätzlich zum Lastvielfachen eines Luftfahrzeugs wird ein Sicherheitsfaktor von 1,5 eingerechnet, das Bruchlastvielfache beträgt daher ungefähr n = 9.Kräfte im Abschwung und AbfangbogenDa sich die Kräfte mit der Geschwindigkeit und dem Anstellwinkel ändern, bestimmt der Pilot beim Betätigen des Höhenruders, wie hoch die Kräfte auf das Luftfahrzeug wirken. Es gibt daher den sogenannten Manövergeschwindigkeitsbereich, in dem bei turbulenter Luft die Ruder nicht mehr voll ausgeschlagen werden dürfen, da durch zusätzliche Turbulenzen jederzeit das Bruchlastvielfache überschritten werden könnte. Auch im Kurvenflug treten diese Lastvielfachen auf, nur als Verhältnis Kurvengewicht zu Fluggewicht. Im normalen Kurvenflug ist das Lastvielfache von der Querneigung abhängig. |
||||
Für den Kurvenflug gelten folgende Werte: |
||||
Querneigung in ° |
0 20 30 40 50 60 70 80 90 |
|
|
|
Lastvielfaches |
1,00 1,02 1,06 1,15 1,56 2,00 2,92 5,76 ~ |
|
|
|
weiter zu Teil 6 |