Wie reagiert Flugzeug auf ausfahren der Klappen?

[ready4takeoff]

Hi

 

Dies ist mein erster Post hier, falls ich also im falschen Forum gelandet bin verzeiht mir :-)

 

Ich lerne gerade für den ATPL, und bin da auf eine Frage gestossen, die ich weder in den Büchern noch im Internet beantwortet werden kann. Vielleicht könnt ihr mir helfen.

 

Wie reagiert ein Flugzeug wenn die Klappen ausgefahren werden? Gibt es ein nose down Moment oder ein nose up Moment? Ausserdem verstehe ichd ank dieser Fragen nicht mehr wie der Lift Coefficient reagiert...

Dazu die Antworten zu zwei Multiple Choice Aufgaben, die meiner Meinung nach genau das Gegenteil sagen:

 

"Extending the Fowler trailing-edge devices will produce a nose-down pitching moment"

dann aber:

"During the extension of flaps at a constant angle of attack the aeroplane starts to climb"

 

Und die zum Lift coefficient:

"When flaps are extended and level flight at constant IAS, the lift coefficient will eventually remain the same" -> Wieso wird der nicht grösser? :confused:

 

Vielleicht kann mir jemand helfen :-)

 

Vielen Dank! Patrick

[Robin14]

Hi, Patrick

 

Also ich habe bei Youtube einen Simulatorflug mit einer MD-11 gesehen und es wurde eine Stufe der Klappen ausgefahren und die Nase hat sich etwa 2-3 Grad nach unten bewegt. Mehr kann ich dir auch nicht weiterhelfen.:008:

 

 

Gruss,

 

Robin

[Dan83]

Hi Patrick

 

Wenn du die Hinterkantenklappen ausfährst, erhöht sich bei gleichbleibendem Anstellwinkel der Auftriebsbeiwert C_A.

 

Hier schön zu sehen:

 

 

Du springst beim Ausfahren vom unteren zum oberen Graphen.

 

Wenn du also laut Frage den Anstellwinkel konstant hältst, steigt beim Ausfahren dein C_A. Da die Dichte und die Geschwindigkeit erstmal konstant bleiben, steigt dein Auftrieb und du folglich auch. Beim Ausfahren von Fowler - Klappen steigt zudem die Flügelfläche an, das erhöht den Auftrieb nochmals.

 

Wenn du die Klappen ausfährst und im LEVEL FLIGHT bleibst, muss du den Anstieg des C_A "wegdrücken", also den Anstellwinkel und damit auch dein C_A wieder verkleinern. Damit bleibt dein Auftrieb konstant und du steigst und sinkst nicht. Wichtig fürs Verständnis ist bei dieser Aufgabe: Wenn im Level Flight die Geschwindigkeit konstant bleibt, muss auch C_A konstant bleiben, um die Höhe zu halten. Damit springst du oben im Bild zwar erst senkrecht nach oben, wanderst den Graphen dann jedoch umgehend nach links unten wieder zu kleineren Anstellwinkeln, bis du dein ursprüngliches C_A erreicht hast.

 

Die Gleichung A = rho/2 * v² * C_A * S ist für solche Betrachtungen immer sehr hilfreich.

 

Noch ein paar Worte zum "Pitching Moment":

 

1) Durch das Ausfahren der Klappen ändert sich die Auftriebsverteilung über dem Profil. Der Druckpunkt wandert nach hinten -> Kopflastiges Moment.

 

2) Beim Ausfahren der Klappen erhöht sich der sog. Downwash. Damit sinkt der Anstellwinkel des Höhenleitwerks -> Schwanzlastiges Moment. Dieser Einfluss im beim T-Leitwerk deutlich geringer als beim Normalleitwerk.

 

 

Entscheidend ist nun, welcher der beiden Effekte dominiert.

 

Verständlich?

 

Gruß, Daniel

[ready4takeoff]

das mit den klappen muss ich mir nochmals durch den kopf gehen lassen, es hat aber glaubs klick gemacht, vielen dank!

 

Das mit diesem Downwash hab ich auch noch nie verstanden. Erstmals wieso wird der Downwash stärker? Und wenn der einfach stärker wird, wieso ändert sich dann der Anstellwinkel des Höhenleitwerks? :confused:

[sirdir]

das mit den klappen muss ich mir nochmals durch den kopf gehen lassen, es hat aber glaubs klick gemacht, vielen dank!

 

Das mit diesem Downwash hab ich auch noch nie verstanden. Erstmals wieso wird der Downwash stärker? Und wenn der einfach stärker wird, wieso ändert sich dann der Anstellwinkel des Höhenleitwerks? :confused:

 

Ich hab davon ja keine Ahnung aber ich versteh das so:

Auftrieb erzeugt Downwash (resp. Umgekehrt) dementsprechend erzeugt mehr Auftrieb auch mehr Downwash (oder auch wieder umgekehrt). Dass Auftriebshilfen downwash erzeugt, erschliesst sich eigentlich ja schon rein optisch...

 

2. Wenn die Luft eine höhere vertikalgeschwindigkeit hat (eben downwash) wird das Höhenleitwerk demensprechend steiler angeströmt, siehe Graphik.

[Brufi]

das mit den klappen muss ich mir nochmals durch den kopf gehen lassen, es hat aber glaubs klick gemacht, vielen dank!

 

Das mit diesem Downwash hab ich auch noch nie verstanden. Erstmals wieso wird der Downwash stärker? Und wenn der einfach stärker wird, wieso ändert sich dann der Anstellwinkel des Höhenleitwerks? :confused:

Downwash heisst, die Luft wird durch den Tragflügel umgelenkt, nach unten. Hinter dem Tragflügel fliesst sie abwärts.

 

Das Höhenleitwerk fliegt nicht in der freien Atmosphäre sondern ist zu einem gewissen Grad dem Abwind (=Downwash) hinter dem Tragflügel ausgesetzt. Je nach Leitwerk - Tragflügelanordnung ist dieser Effekt unterschiedlich stark ausgeprägt (Hoch-/Tiefdecker, normales Leitwerk, Kreuzleitwerk, T-Leitwerk).

 

Durch das Ausfahren der Klappen wird die Wölbung des Tragflügelprofils vergrössert und dadurch wird die Luft hinter dem Tragflügel stärker nach unten abgelenkt.

Dies verändert die Anströmungsrichtung am Leitwerk und dadurch den Anstellwinkel des Höhenleitwerks.

Der Effekt ist eine grössere taildown-force und ergo ein pitch-up Moment, wie oben bereits sehr richtig gesagt wurde.

Allerdings erzeugt der Tragflügel für sich alleine betrachtet mit ausgefahrenen Klappen ein Moment in Richtung nose down, also in die andere Richtung.

 

Je nach Konstruktion kann der Effekt aufs gesamte Flugzeug in der Summe Richtung pitch up, pitch down oder ganz neutral sein. Wie von Dan83 bereits beschrieben.

 

Gruss

 

Philipp

[ready4takeoff]

Merci, jetzt hats klick gemacht! :-)

 

Gruss, Patrick

[Andreas M]

Und noch em Philipp sine Erklärige isch's eifach klar! Um Ehrlich z'sii: für mich nützlichste Neuerkenntnisse :-)

 

Andreas

[FalconJockey]

Danke für die professionellen Erklärungen!

 

Sehr beliebt ist der "ballooning effect": Im Anflug fährt man die Klappen auf die höchste Stellung aus und der Flieger will massivst wegsteigen. Da hilft dann nur energisches nachdrücken und trimmen. Bis man eine passende Geschwindigkeit erreicht hat (Vapp) steht die Nase dabei, je nach Typ, sehr tief, was doch etwas ungewohnt ist. Die Falcon 2000 macht das beim Sprung von SF2 auf SF3. CRJ-Driver können davon auch ein Lied singen, da ist der Effekt noch viel ausgeprägter.

 

So, ich gehe jetzt nach Rotterdam, ein wenig "balloonen" :D

[ready4takeoff]

Sorry dass ich das nochmals auffrischen mu ss aber irgendwie lässt mich dieses Thema doch nicht los:

 

"To maintan straight and level flight at constant airspeed, while the flaps are being retracted, the angle of attack will .... increase"

 

:confused: Ich dachte decrease...

[Dan83]

Hallo nochmals

 

Wie ich schon im alten Beispiel gesagt hatte:

 

Wichtig fürs Verständnis ist bei dieser Aufgabe: Wenn im Level Flight die Geschwindigkeit konstant bleibt, muss auch C_A konstant bleiben, um die Höhe zu halten.

 

In deinem neuen Fall bleibt wieder die Höhe sowie die Geschwindigkeit konstant, also bleibt bei gleichem Gewicht der Auftrieb und damit das C_A konstant:

 

A = G = rho/2 * v² * C_A * S

 

Fährst du nun die Klappen ein, springst du auf meinem ersten Bild senkrecht nach unten, d.h. der C_A - Wert verringert sich. Das darf er aber nicht, wenn du im Level Flight bleiben willst, er muss gleich bleiben. Also musst du den Anstellwinkel vergrößern, spricht die Kurve nach rechts oben wandern, bis du wieder deinen ursprünglichen C_A - Wert erreicht hast.

 

Nimm dir das Diagramm oben sowie die Auftriebsformel zur Hand und gehe Schritt für Schritt durch, was passiert, was gleich bleiben muss, was durch das Fahren der Klappen passiert etc.

 

Daniel

[ready4takeoff]

Vielen Dank, les mir alles nochmals genau durch. Das scheint wohl eine Schwäche vo mir in Aerodynamik zu sein...nur noch eine Anschlussfragen an den Cl wert...heisst mehr Cl auch automatisch mehr Lif? Deine Formel kenn ich natürlich, aber wenn man diese umstellt erhält man ja Cl = L / (rho/2 * v^2 * S). Das würde ja heissen wenn ich schneller fliege wird Cl kleiner...also heisst das wenn ich schneller fliege brauche ich weniger Lift? :confused: Eigentlich ja nicht..denn wenn ich wieder deine Formel anschaue wird der Lift ja grösser..aber wieso sind dann Lift und Cl gegenläufig?!

 

Sorry in Aerodynamik hatten wir ganz nen schlechten Lehrer...

[Dan83]

Hallo

 

...heisst mehr Cl auch automatisch mehr Lift?

 

Schau dir (mal wieder :) ) die Auftriebsformel an:

 

L = rho/2 * v² * C_L * S

 

Sofern die Dichte, die Geschwindigkeit und die Flügelfläche konstant bleibt und du das C_L erhöhst, MUSS der Auftrieb ansteigen. Wenn du im Horizontalflug nur am Ruder ziehst, damit den Anstellwinkel und somit C_L erhöhst, wirst du bei gleicher Geschwindigkeit, gleicher Dichte und gleicher Flügelfläche steigen, weil dein Auftrieb wächst.

 

Du kannst aber durchaus sowohl C_L erhöhen (z.B. durch das Ausfahren der Klappen) und die Geschwindigkeit soweit absenken, dass der Auftrieb konstant bleibt oder du sogar sinkst. In den meisten deiner Aufgaben verändert sich jedoch nur EINE Größe in der Gleichung, so dass es recht übersichtlich bleibt.

 

Das würde ja heissen wenn ich schneller fliege wird Cl kleiner...

 

Wenn du nur schneller fliegst, ändert sich an C_L prinzipiell gar nichts. C_L hängt ab von der Druckverteilung über dem Profil, also von der Form der Oberfläche (hier spielt auch die Klappenkonfiguration ein) und dem Anstellwinkel.

 

Wenn du jedoch deinen Auftrieb konstant halten willst, dann hast du Recht:

 

L = rho/2 * v² * C_L * S

 

v² steigt an, also musst du für den Horizontalflug (L=G=konstant) den C_L - Wert soweit erniedrigen, dass die Gleichung weiterhin gilt.

 

Du schreibst ja im Profil, dass du Privatflieger bist, daher kennst du das sicher:

 

Langsamer Horizontalflug -> Nase oben -> großer Anstellwinkel -> Hohes C_L

 

Schneller Horizontalflug -> Nase weiter unten -> kleiner Anstellwinkel -> Niedrigeres C_L

 

Auch wenns zu trivial aussieht:

 

12 = 4 + 6 + 2

 

Erhöhst du die 6 auf 8, muss die 4 auf 2 erniedrigt werden, um weiterhin die 12 zu gewährleisten.

 

also heisst das wenn ich schneller fliege brauche ich weniger Lift

 

Nein! Im Horizontalflug brauchst du genausoviel Lift, wie du Gewicht hast. Kraft nach oben muss gleich Kraft nach unten sein. Wie du diesen Auftrieb erzeugst, kannst du über die Geschwindigkeit und C_L variieren. Entweder schneller fliegen und weniger C_L benötigen oder eben andersrum.

 

Zum Schluss noch ein kleines Rechenbeispiel, vielleicht fördert das das Verständnis zusätzlich:

 

A320, Masse z.B. 60.000kg -> G = 60.000kg * 9,81 m/s² = 588.600N, Flügelfläche S=122,5m², Dichte in 10km ungefähr 0,413kg/m³.

 

Zuerst fliegen wir im Horizontalflug in 10km Höhe mit 900km/h = 250m/s. Welches C_L wird benötigt?

 

C_L = (2*G) / (rho * v² * S) = 0,37

 

Nun bleiben wir im Horizontalflug und verzögern die Geschwindigkeit auf nur noch 370 km/h = 102,89m/s. Du weißt nun, dass sich C_L erhöhen muss. Was ist das Ergebnis? Rechne es nach, und du kommst auf einen Wert von C_L = 2,20. Das ist schon ziemlich hoch und ohne zusätzliche Klappen allein über den Anstellwinkel wohl nicht zu machen. Aber es kommt das raus, was man erwartet!

 

Daniel

[ready4takeoff]

wow vielen dank für die ausführliche antwort. ich glaub jetzt hats klick gemacht. diese aussage dass man entweder durch cl oder v zbsp. mehr lift erzeugt..und cl hängt ja soweit ich mich erinnere nur von wölbung, dicke und anstellwinkel ab. jetzt ist glaub ich alles klar!

 

merci beaucoup :)

[Schorsch]

Noch als kleine Ergänzung:

Das Ausfahren der Klappen verändert das Momentengleichgewicht. Es entsteht ein stärkeres Nullmoment. Des Weiteren ändert sich die Auftriebsverteilung.

 

Ein Ausfahren der Klappen würde nebst einer anfänglichen kurzzeitigen Auftriebserhöhung vermutlich zu einem Höhenverlust führen, weil das Flugzeug dynamisch reagiert (das Flugzeug schwingt sich in einen neuen Gleichgewichtszustand ein). Da ja meist ein Pilot da vorne sitzt und der Trimmregler auch seinen Sprüchlein aufsagt, geht es dann doch in der Regel gerade aus.