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Pitch und AOA


hercules123

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hercules123

Hallo zusammen,

 

irgendwie komme ich nicht dahinter, wo der Unterschied zwischen den ist.

 

Der AOA ist der Winkel mit dem die vordere Tragfläche im Verhältnis zur Luftstömung angeströmt wird.

 

Der Wert wird von den Alpha Vanes gemessen.

 

Der Pitch ist der Winkel zur Längsachse des Flugzeugs.

 

Wodurch ergibt sich denn Unterschied der beiden Werte?

 

Kann es sein, dass Pitch als Referenz den Horizont hat, welcher durch das IRS ermittelt wird?

 

Blöde Frage,ich weiß. Aber würde mich freuen über eine kleine Erklärung.

 

 

 

Best Regards/ Beste Grüße

Thomas Scheelen

Edited by hercules123
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Chipart

Kann es sein, dass Pitch als Referenz den Horizont hat, welcher durch das IRS ermittelt wird?

 

Genau: Pitch ist der Winkel zwischen Längsachse und Horizont, AoA der Winkel der anströmenden Luft.

 

Florian

 

P.S.: Pitch kannst Du am AI ablesen (künstlicher Horizont); das IRS ist was Anderes....

Edited by Chipart
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P.S.: Pitch kannst Du am AI ablesen (künstlicher Horizont); das IRS ist was Anderes....

Das IRS liefert Pitch und Bank Angle an den attitude indicator (AI)!

 

Gruss

Philipp

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hercules123

Ja, ich denke doch das das IRS die Lage im Raum referenziert und damit die Instrumente versorgt.

 

Mir ist nur noch nicht ganz klar, in welchen Fällen zwischen den beiden Werten ein Unterschied besteht.

 

Soweit ich weiß, sind die Tragflächen teilweise ja schon mit leichten Anstellwinkel zum Rumpf montiert. Das ergibt schon mal eine Differenz.

 

Oder anders gefragt, woran liegt es, dass der Pitch nicht proportional mit dem Pitch korrespondiert?

 

Mit der Veränderung des Pitch, ändert sich doch auch der Winkel mit dem der Tragflügel angeströmt wird.

 

 

Best Regards/ Beste Grüße

Thomas Scheelen

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Wie schon weiter oben korrekt gesagt:

Pitch ist der Winkel der Längsachse des Flugzeugs gegenüber der Horizontalen.

Anstellwinkel ist der Winkel der Profilsehne gegenüber der Anströmrichtung.

 

Die Anströmrichtung ist umgekehrt parallel zur Flugbahn, also entgegengesetzt zur momentanen Bewegungsrichtung in der Luft. Weil es auch andere Flugrichtungen als ausschliesslich horizontal gibt, z.B. Steigflug oder Sinkflug, gibt es einen Unterschied zwischen Pitch angle und Anstellwinkel (angle of attack).

 

Gruss

Philipp

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Chipart

Mir ist nur noch nicht ganz klar, in welchen Fällen zwischen den beiden Werten ein Unterschied besteht.

 

Eigentlich immer, wenn das Flugzeug sich bewegt. In Aerodynamikvorlesungen ist es eine typische Übungsaufgabe, an einem einfachen Tragflächenmodell auszurechnen, wann "zufällig" AoA und Pitch gleich sind.

 

Was Dir auf Bildern und beim Simulatorfliegen ja zum Beispiel sicher schon aufgefallen ist: Flugzeuge landen ja z.B. mit positivem Pitch (Nase nach oben), sinken dabei aber. Aus Sicht des Flugzeuges kommt die Liftströmung daher nicht horizontal, sondern schräg von unten und der AoA muss somit (betragsmässig) grösser sein, als der Pitch.

 

Florian

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Vielleicht hilft das weiter: der natürliche Horizont ist eine fixe Referenz für die Flug(zeug)lage. der AOA referenziert auf die Flugbahn, die beliebig sein kann (Beispiel Kunst- und Kampfflieger).

 

Gruß

Manfred

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Hallo Thomas, vielleicht hilft diese Sichtweise zusätzlich:

 

Beim A330 ist durch ein (zu) kurzes Nosewheel Strut der Pitchwert AM BODEN sogar negativ (2-3°). Das wurde bei der Frachterversion korrigiert (auffällige Beule am Bugfahrwerk, um das verlängerte Fahrwerk auf zu nehmen.

 

Beim Stall ist der AoA das auslösende Kriterium. Deshalb heisst es jetzt bei Airbus als ERSTES: "AOA REDUCE" (nicht "Pitch" reduce).

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Chipart

Beim Stall ist der AoA das auslösende Kriterium. Deshalb heisst es jetzt bei Airbus als ERSTES: "AOA REDUCE" (nicht "Pitch" reduce).

Das ist interessant! AoA ist ja eine resultierende Grösse, die der Pilot gar nicht unmittelbar beeinflussen kann. Für Pitch hingegen hat er diesen praktischen Hebel vor oder neben sich, den er nur nach vorne drücken braucht, um den Pitch zu reduzieren. "Üitch reduce" beschreibt eine Handlung des Piloten, "AoA reduce" den Zweck einer Handlung, die offenbar nicht genau vorgegeben ist.

 

Bedeutet dass, dass dort wo "AoA reduce" steht der Pilot je nach Situation selber entscheiden soll, ob er diese Reduktion durch Verringerung des Pitch oder Erhöhung des Schub erzielt? Höhere Geschwindigkeit reduziet den AoA ja auch...

 

Florian

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Das ist interessant! AoA ist ja eine resultierende Grösse, die der Pilot gar nicht unmittelbar beeinflussen kann. Für Pitch hingegen hat er diesen praktischen Hebel vor oder neben sich, den er nur nach vorne drücken braucht, um den Pitch zu reduzieren. "Üitch reduce" beschreibt eine Handlung des Piloten, "AoA reduce" den Zweck einer Handlung, die offenbar nicht genau vorgegeben ist.

 

Bedeutet dass, dass dort wo "AoA reduce" steht der Pilot je nach Situation selber entscheiden soll, ob er diese Reduktion durch Verringerung des Pitch oder Erhöhung des Schub erzielt? Höhere Geschwindigkeit reduziet den AoA ja auch...

 

Florian

Sorry Florian,

 

dein Beitrag offenbart ein ganz grundlegendes Unverständnis der Flugmechanik. Setz dich mal mit einem - oder evtl auch anderen - Fluglehrer deines Vertrauens zusammen, um das aufzuklären. Auch wenn du der  - zum Glück noch - lebende Beweis dafür bist, daß man heutzutage auch ohne dieses Verständnis fliegen kann,  kann es für ein langes Fliegerleben mit Sicherheit nicht schaden, das zu vertiefen.

 

Hals- und Beinbruch

Manfred

Edited by DaMane
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Das ist interessant! AoA ist ja eine resultierende Grösse, die der Pilot gar nicht unmittelbar beeinflussen kann. Für Pitch hingegen hat er diesen praktischen Hebel vor oder neben sich, den er nur nach vorne drücken braucht, um den Pitch zu reduzieren. "Üitch reduce" beschreibt eine Handlung des Piloten, "AoA reduce" den Zweck einer Handlung, die offenbar nicht genau vorgegeben ist.

 

Bedeutet dass, dass dort wo "AoA reduce" steht der Pilot je nach Situation selber entscheiden soll, ob er diese Reduktion durch Verringerung des Pitch oder Erhöhung des Schub erzielt? Höhere Geschwindigkeit reduziet den AoA ja auch...

 

Florian

 

Hi Florian,

 

Der Schub ist übrigens kritisch ein zu stufen. Da zumindest beim A320/A330 "Vollgas" ein  erhebliches Pitch-up erzeugt und damit des Piloten ERSTE Pflicht "AOA reduce" zumindest erschwert. Erst wenn "Flight path established" ist, wird wieder (situatuionsgerecht) Schub gegeben.

Edited by avi8tor
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Chipart

dein Beitrag offenbart ein ganz grundlegendes Unverständnis der Flugmechanik. Setz dich mal mit einem - oder evtl auch anderen - Fluglehrer deines Vertrauens zusammen, um das aufzuklären. Auch wenn du der - zum Glück noch - lebende Beweis dafür bist, daß man heutzutage auch ohne dieses Verständnis fliegen kann, kann es für ein langes Fliegerleben mit Sicherheit nicht schaden, das zu vertiefen.

Danke für diesen inhaltlich höchst eindrucksvollen Beitrag!

 

Florian

Edited by Chipart
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Chipart

Der Schub ist übrigens kritisch ein zu stufen. Da zumindest beim A320/A330 "Vollgas" ein  erhebliches Pitch-up erzeugt und damit des Piloten ERSTE Pflicht "AOA reduce" zumindest erschwert. Erst wenn "Flight path established" ist, wird wieder (situatuionsgerecht) Schub gegeben.

Genau aus solchen Gründen bin ich eben der Meinung, dass ein unmittelbar umsetzbares "reduce Pitch" in einer Checkliste deutlich sinnvoller ist, als ein eher abstraktes "reduce AoA".

 

Florian

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hercules123

Haut euch doch nicht gleich wieder....

Manchmal drückt man sich auch nur missverständlich aus. Da ich der Meister im falschen Ausdruck bin, weiß ich wovon ich spreche.

 

Mal ein paar Beispiele:

 

Ein Flugzeug fliegt verhältnismäßig langsam und horizontal. Um genug Lift zu erzeugen, ist der AOA entsprechend hoch. Das sieht man ja auch schön, wenn man mit ner 737 ohne Auftriebshilfen zu langsam wird. Da steht die Nase schön hoch.

Die Strömung komnt nach wie vor von vorne, aber durch die höhere Anstellung des Flügel ist der AOA trotzdem höher.

 

Aber.... hier geht doch auch der Pitch mit hoch, da die Nase ja deutlich nach oben zeigt.

Wäre das ein Fall, bei dem der AOA näherungsweise an den Pitch heranreichen kann?

 

Weiteres Beispiel :

Im Sinkflug kommt die Luft von vorne bzw schräg unten Wir nehmen mal ein Speed deutlich über Minimum Clean an.

Das bedeutet, der Angle of Attack ist allein durch das Sinken schon hoch.

Bedeutet das nun, dass der Pitch entsprechend niedrig ist?

 

Und das impliziert ja, dass der AOA bei gleichbleibender Speed und gleichbleibenden Pitch mit steigender Sinkrate, also steiler, auch immer mehr zunimmt.

 

Das sind nur Gedankenkrücken, keine Feststellungen, also nicht hauen bitte, wenn das Bockmist ist.

 

 

Best Regards/ Beste Grüße

Thomas Scheelen

Edited by hercules123
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Danke für diesen inhaltlich höchst eindrucksvollen Beitrag!

 

Florian

Keine Ursache, ich meine es ja nur gut! ;)

 

Was dringend aufzuarbeiten wäre sind die Aussagen

 

AoA ist ja eine resultierende Grösse, die der Pilot gar nicht unmittelbar beeinflussen kann. Für Pitch hingegen hat er diesen praktischen Hebel

und im Zusammenhang

Höhere Geschwindigkeit reduziet den AoA ja auch...

Du beschreibst in beiden Fällen das Ergebnis, und nicht die angewandte Funktion, die es herbeiführt. Du vertauscht also Ursache und Wirkung.

 

Du manipulierst als Pilot per Höhenruder und Höhenrudertrimmung direkt den AOA mit dem Ziel, daß dein Flugzeug den von dir gewünschte Pitch einnimmt. Ich hoffe, du siehst den wesentlichen Unterschied.

 

Höhere Geschwindigkeit reduziert keinen AOA, sondern führt - wenn unkorrigiert - zu einer Veränderung der Flugbahn nach oben (wobei 'oben' immer entgegengesetzt zum Scheinlot liegt). Weil diese Abweichung aber i.d. Regel nicht deiner Absicht entspricht, verringerst du per Höhenrudertrimmung bzw. Höhenruderausschlag den AOA, damit du nicht wegsteigst.  

 

Gruß

Manfred

Edited by DaMane
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...................

Die Strömung komnt nach wie vor von vorne, aber durch die höhere Anstellung des Flügel ist der AOA trotzdem höher.

..........................

Weiteres Beispiel :

Im Sinkflug kommt die Luft von vorne bzw schräg unten

.............................

 

 

Best Regards/ Beste Grüße

Thomas Scheelen

Solange ein Flugzeug bestimmungsgemäß fliegt, d.h. die Strömung anliegt, kommt die Luft immer "von vorne". "Vorne" in diesem Sinne ist aber nicht immer da wo die Flugzeugnase hinzeigt, sondern wo sich das Fugzeug hinbewegt (Flugpfad). Die Differenz ist der Anstellwinkel oder AOA.

Den geringsten AOA hat ein Flugzeug im schnellen Reiseflug, der Flugpfad kann aber nicht nur horizontal verlaufen, sondern ebenso nach oben oder nach unten führen. Da sich Pitch aber auf den natürlichen Horizont bezieht, kann die Differenz AOA und Pitch sehr groß ausfallen (extreme Beispiele Kunstflug, Kampfflugzeug). Den kleinsten Winkel hast du nur imHorizontalflug.

 

Gruß

Manfred

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Chipart

Du manipulierst als Pilot per Höhenruder und Höhenrudertrimmung direkt den AOA mit dem Ziel, daß dein Flugzeug den von dir gewünschte Pitch einnimmt. Ich hoffe, du siehst den wesentlichen Unterschied.

 

Nein! Mit dem Höhenruder drehst Du das Flugzeug um die Querachse und veränderst damit unmittelbar den Pitch.

 

Florian

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Nein! Mit dem Höhenruder drehst Du das Flugzeug um die Querachse und veränderst damit unmittelbar den Pitch.

 

Florian

Sorry, das geht leider nicht so einfach. Damit du dein Flugzeug um deine Querachse drehen kannst, muß diese ja irgendwo "aufgehängt" sein. Und diese "Aufhängung" ist der Auftrieb, der sich leider nur in einem schmalen  Bereich von ca. 0 bis etwa 16 ° (=AOA) einstellt, und rechtwinklig zur Quer- und Längsachse in Richtung Kabinendach wirkt (ich schreibe absichtlich nicht "nach oben"(!), weil dein Flugzeug ja theoretisch jede beliebige Lage im Raum haben kann), Außerhalb dieses Anstellwinkels folgt dein Flieger dann nur mehr der Schwerkraft  (mußt du jetzt aber nicht ausprobieren, sondern kannst du einfach glauben :) ), und du kannst deinen pitch "vergessen" .

 

Gruß

Manfred

Edited by DaMane
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 Damit du dein Flugzeug um deine Querachse drehen kannst, muß diese ja irgendwo "aufgehängt" sein. Und diese "Aufhängung" ist der Auftrieb, der sich leider nur in einem schmalen  Bereich von ca. 0 bis etwa 16 ° (=AOA) einstellt, und rechtwinklig zur Quer- und Längsachse in Richtung Kabinendach wirkt (ich schreibe absichtlich nicht "nach oben"(!), weil dein Flugzeug ja theoretisch jede beliebige Lage im Raum haben kann),

Ich glaube, hier sitzt du einigen prinzipiellen Missverstämdnissen auf...

Das Flugzeug dreht um den Schwerpunkt, der im Gleichgewichtszustand auch dem Angriffspunkt der Luftkraft (Summe von Auftrieb und Widerstand) entspricht.

Der Auftrieb zeigt nicht rechtwinklich zur Längsachse (ausser in einem ganz speziellen Betriebspunkt), er ist als senkrecht zur Anströmung definiert. Das ist doch (um es mal so auszudrücken) exakt der Witz an der Sache. Im relative langsamen Flug (oder bei hohen Auftriebsbeiwerten) wird der Flügel bezogen auf den Rumpf nach vorne gezogen, die (auf die Längsachse) bezogene "horizontale" Komponente des Auftriebs ist größer als der Widerstand (Auftrieb am Flügel durchaus mal 100 mal größer als der Widerstand !)

 

Im englischen Sprachraum benutzt man neben CL (=Ca) und CD (=Cw) auch manchmal CN, das ware die Kraft die senkrecht (normal) zur Längsachse wirkt. Flugmechanisch bezieht man aber prinzipiell alle aerodynamischen Werte auf die Flugbahn, bzw. die 180° dazu liegende Anströmung.

 

Solange ich das Flugzeug als Massepunkt betrachte (den Momentenhaushalt mal ganz vernachlässige), zeigt meine Gewichtskraft immer in Richtung des Erdmittelpunkts, alle anderen Kräfte beziehen sich auf die Flugbahn. So kann ich sehr simple bestimmen, ob mein Flugzeug nun gerade horizontal fliegt (also die Koordinatenachsen zusammenfallen, dann sind Auftrieb = Gewicht, Schub = Widerstand), oder ob es steigt (Flugbahn nach unten geneigt, Schub > Widerstand) oder sinkt (Flugbahn nach oben geneigt, Schub > Widerstand). In jedem Fall ist die Gewichtskraft immer die Vektorsumme aus Auftrieb, Widerstand und Schub. Wenn Widerstand und Schub sich genau rausheben, ist Auftrieb = Gewicht. Ansonsten ist Auftrieb immer kleiner als das Gewicht, da die Summe aus Schub und Widerstand dann ebenfalls ein bisschen nach oben zeigt (Das ist die einzige Möglichkeit, Kräftegleichgewicht herzustellen, zeigt die Resultierende aus Schub und Widerstand "nach vorne" must du die Flugbahn so "hochbiegen", das eine Komponente "nach oben" zeigt, zeigt die Resultierende "nach hinten" must du die Flugbahn so "runterbiegen", das eine Komponente "nach oben" zeigt).

Zeichne mal die 3 Fälle als Vektorbildchen (Kraftdreiecke) auf, dann verstehst du es sofort. Du kannst ja schlecht die Erde bzw. die Gewichtskraft drehen, du kannst nur das Flugzeug bzw. seine Flugbahn drehen, damit gibt es immer nur ein mögliches Kraftdreieck.

 

Ein kleiner Fehler schleicht sich bei dieser Betrachtung ein, den der Schub steht mehr oder weniger zwangsweise immer in einem bestimmten Winkel zur Flugzeuglängsachse, und eben nicht zur Flugbahn. Die Winkeldifferenz und damit die Fehler sind aber klein. Richtig relevant wird das erst, wenn ich nicht den Schub variiere, sondern die Geschwindigkeit, aber das kann ich dann nicht mehr als Massepunkt betrachten.

 

Ach so, und bei dieser ganzen Betrachtung habe ich mich übrigens überhaupt noch nicht um Pitch und AoA gekümmert, sondern nur um die Differenz der beiden, den Flugbahnwinkel. Nur der ist nämlich für die ganze Betrachtung mit Widerstand, Schub, Sinkrate etc. interessant.

 

AoA ist direkt mit dem Auftribsbeiwert verknüpft, Mutter Natur sorgt aber immer für ein Gleichgewicht mit dem Auftrieb. Und der bestimmt sich aus Beiwert und Geschwindigkeit (Den Rest nehmen wir mal als konstant an...). Somit bestimmt (für ein gegebenes Flugzeug in gegebener Luftdichte) ausschließlich der AoA die Geschwindigkeit. Gleichzeitig verändern nur AoA und Höhenruderstellung das vom Höhenleitwerk erzeugte Moment, das nun wiederum im Gleichgewicht mit dem Moment des sonstigen Flugzeugs steht, welche (in sehr guter Näherung) völlig unabhängig von AoA ist.

Somit sind AoA und Höhenruderstellung, und damit auch Höhenruderstellung und Geschwindigkeit unverrückbar miteinander verknüpft. AoA ist das A und O der am Flugzeug herrschenden Beiwerte. Pitch ist, was der Pilot sieht, es ist sozusagen die Basisinformation beim Sichtflug. Man kann Pitch auch sehr exakt am künstlichen Horizont ablesen.

AoA und Flugbahnwinkel kann der Pilot nur mittelbar aus seinen Instrumenten ablesen. AoA ist schwierig hinreichend genau zu messen, wenn ein Quirl an der Flugzeugnase alles Verwirbelt und verändet. Den Flugbahnwinkel in ruhender Luft könnte man anzeigen, ziemlich interessant, das nie jemand ein betreffendes Instrument erfunden hat. Es wäre ja nur eine Kombination aus Variometer und Fahrtmesser. Sicherlich anspruchsvolle Feinmechanik, aber einfacher machbar als eine AoA Sonde an typischen Einmots. AoA kann man auch als kombination aus g-Messer und Fahrtmesser ermitteln, nur müsste man dazu auch die Flugzeugmasse kennen, bei unseren konventionellen Einmots kaum realisierbar.

 

Die Kunst des Fliegens ist somit: Pitch sehen, und AoA steuern.

 

Gruß

Ralf

Edited by Volume
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hercules123

Nun, ich habe mal im Sim experimentiert. Mit Hilfe der FPV Anzeige, welche ja den aktuellen Flugpfad anzeigt, und des AOA Indikator, war schön zu sehen, dass der AOA immer genau die Differenz zwischen Pitch und Flugpfad ist.

 

Auf diesen Weg kam man schön alle Konfigurationen versus AOA austesten.

 

Besten Dank

 

Best Regards/ Beste Grüße

Thomas Scheelen

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Hallo Ralf,

 

besten Dank für deine detaillierten Ausführungen. Ich muß zugeben, daß ich mit manchen Einzelheiten ein Verständnisproblem habe.

Z.B. damit:

Ich glaube, hier sitzt du einigen prinzipiellen Missverstämdnissen auf...

Das Flugzeug dreht um den Schwerpunkt, der im Gleichgewichtszustand auch dem Angriffspunkt der Luftkraft (Summe von Auftrieb und Widerstand) entspricht.

...........

Nach meiner Vorstellung muß der Schwerpunkt doch schon aus Gründen der Flugstabilität immer vor dem Center-Of-Lift liegen, und kann somit nicht der Anlenkpunkt bzw. das "Drehlager" der Querachse sein?

 

.........

    Der Auftrieb zeigt nicht rechtwinklich zur Längsachse (ausser in einem ganz speziellen Betriebspunkt), er ist als senkrecht zur Anströmung definiert. Das ist doch (um es mal so auszudrücken) exakt der Witz an der Sache. Im relative langsamen Flug (oder bei hohen Auftriebsbeiwerten) wird der Flügel bezogen auf den Rumpf nach vorne gezogen, die (auf die Längsachse) bezogene "horizontale" Komponente des Auftriebs ist größer als der Widerstand (Auftrieb am Flügel durchaus mal 100 mal größer als der Widerstand !)

Einverstanden! Hier hatte ich wohl zu grob vereinfacht. Es ging nur darum, den wirksamen "Dreh- und Angelpunkt" zu den Höhenruder-Eingaben zu veranschaulichen.

 

Die Kunst des Fliegens ist somit: Pitch sehen, und AoA steuern.

    Gruß

    Ralf

Dem kann ich mich nur anschließen. Danke!

 

Gruß

Manfred

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hercules123

Hallo Ralf,

 

ist den der FPV nicht genau das Instrument was du benötigst, um den Flugbahnwinkel anzuzeigen? Da diese Beschleunigungsdaten ja annähernd verzogerungsfrei vom IRS kommen ist der diese Anzeige ja real-time.

 

Zumal ja die FPV auch, oder gerade Drifts anzeigt, kommt sie wohl auch mit bewegter Luftmasse zurecht.

 

Der angezeigte FPV + Pitch ist ja tatsächlich auch immer der aktuelle AOA. Zumindest wird das so beschrieben und ist auch nachvollziehbar bei mir im Sim

 

Best Regards/ Beste Grüße

Thomas Scheelen

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Zumal ja die FPV auch, oder gerade Drifts anzeigt, kommt sie wohl auch mit bewegter Luftmasse zurecht.

Tja, da komme ich dann wieder mehr aus der Luftfahrtforschung...

Für den Pilot ist natürlich der Luftmassenkorrigierte FPV entscheidend, aber den kannst du natürlich nicht für die Ca/Cw/Schub-Diskussion brauchen. Dein FPV kann in starken Aufwinden natürlich nach oben zeigen, obwohl dein Widerstand größer als dein Schub ist (so genau funktioniert ja das Segelfliegen).

 

 

ist den der FPV nicht genau das Instrument was du benötigst

Ja klar, heute. Aber da wir sowas vor 100 Jahren nicht hatten, haben sich halt die Sitten und Gebräuche anders eingebürgert. Hätten wir vor 100 Jahren zuverlässige AoA Anzeigen gehabt, wären sie heute vermutlich Teil der Grundinstrumentierung. Vieles ist halt so, weil es immer so war. Und wird sich auch zeitnah nicht mehr ändern.

 

 

Nach meiner Vorstellung muß der Schwerpunkt doch schon aus Gründen der Flugstabilität immer vor dem Center-Of-Lift liegen, und kann somit nicht der Anlenkpunkt bzw. das "Drehlager" der Querachse sein?

Genaugenommen vor dem Neutralpunkt, nicht vor dem Druckpunkt (Center of Lift).

Aber drehen tut das Flugzeug um den Schwerpunkt. Wir könnten jetzt natürlich auch noch in die Diskussion mit dem Momentanpol oder dem Stoßmittelpunkt einsteigen, wenn wir von sehr dynamischen Änderungen sprechen...

Ich gebe dir Recht, anschaulich ist das alles nicht. Im Endeffekt kannst du trotz aller Aerodynamik nicht verhindern, das die Gewichtskraft unveränderlich im Schwerpunkt angreift, Mutter Natur wird daher bei einem vernünftig konstruierten Flugzeug immer sofort dafür sorgen, das jede nicht am Schwerpunkt angreifende Kraft sofort wieder ausgeglichen wird, so das wieder ein Gleichgewicht hergestellt wird. Sobald du also am Höhenruder eine Kraft nach unten erzeugst indem du ziehst, wird sich sofort ein "Auftriebsmangel" am Gesamtflugzeug einstellen, dadurch wird das Flugzeug nach unten beschleunigt, wodurch nun wieder eine zunehmende Anströmung von unten erfolgt, die wiederum sofort den Anstellwinkel erhöht, was wiederum sofort zu mehr Auftrieb am Höhenruder führt, und somit die Kraftresultierende wieder in den Schwerpunkt rückt.

 

Was die ganzen "vereinfachten" Betrachtungen des Flugzeugs als Massepunkt so unanschalulich macht, ist die Tatsache dass gewölbte Profile immer ein Profilmoment erzeugen, was man in der Praxis jedoch mit einer Kraft ausgleicht, mit der man das Gegenmoment erzeugt. (Wer jemals einen Hubschrauber gehovert hat, kennt dieses Detail der Wirkungsweise des Heckrotors nur zu gut...). Diese Ausgleichskraft beeinflusst nämlich nicht nur den Momenten-, sondern auch den Kräfethaushalt. Traditionell hat man einfach gesagt, das Höhenleitwerk ist so viel kleiner als der Flügel, den Einfluss auf das Kräftegleichgewicht vernachlässigen wir mal. Betrachtet man dieses Detail mit, wird es fürchterlich kompliziert. Man kann natürlich kühn behaupten, der Flügel würde gar kein Moment erzeugen, indem man einfach den Auftrieb als nicht im Neutralpunkt, sondern als im Druckpunkt angreifend annimt. Diese an sich gültige Annahme hilft einem in der Praxis aber nicht weiter, da der Druckpunkt in der Regel nichtlinear wandert, und dann wird die ganze Rechnerei fürchterlich kompliziert. Einfache Formeln und mathematisch geschlossene Lösungen kann man dann vergessen. Da der Profilmomentenbeiwert ziemlich konstant ist, kann man ihn einfach als eine Nullpunktverschiebung ansehen, und bei der Betrachtung aller weiteren Zusammenhänge genauso ignorieren wie den konstanten Höhenruderabtrieb den es braucht, um das Moment auszugleichen. Grober Pfusch eigentlich, aber unsere Altvorderen haben ziemlich oft vereinfachende Annahmen gemacht, um einfache mathematisch geschlossene Lösungen zu produzieren.

 

Gruß

Ralf

 

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.......

Ich gebe dir Recht, anschaulich ist das alles nicht. Im Endeffekt kannst du trotz aller Aerodynamik nicht verhindern, das die Gewichtskraft unveränderlich im Schwerpunkt angreift,

........

Gruß

Ralf

 

Daß die Gewichtskraft am Schwerpunkt angreift steht außer Frage (darum ist ja der Schwerpunkt ein "Schwerpunkt" :) ), aber das CoL - oder auch der Neutralpunkt - sind ja nicht deckungsgleich damit. Rotieren kann ein Körper doch nur um eine Achse, die durch ein Widerlager mechanisch "fixiert" bzw. gestützt ist - also dem Angriffspunkt des Auftriebes?.

 

Zum Vergleich: die Rotation beim Start oder nach der Landung erfolgt ja auch nicht um den Schwerpunkt, sondern um die Achsen des/der Hauptfahrwerke(s) . Worin liegt der Unterschied :unsure: ?

 

Gruß

Manfred

Edited by DaMane
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Zum Vergleich: die Rotation beim Start oder nach der Landung erfolgt ja auch nicht um den Schwerpunkt, sondern um die Achsen des/der Hauptfahrwerke(s) . Worin liegt der Unterschied :unsure: ?

Während der Rotation greift ja auch noch eine Kraft am Hauptfahrwerk an, die in freien Flug dann wegfällt. Während des schnellen Rollens gucken die Flugmechaniker lieber weg, Kräfte an Flügel und Fahrwerk auf einmal sind einfach zu kompliziert ;)

 

 

aber das CoL - oder auch der Neutralpunkt - sind ja nicht deckungsgleich damit. Rotieren kann ein Körper doch nur um eine Achse, die durch ein Widerlager mechanisch "fixiert" bzw. gestützt ist

Ein fliegendes Flugzeug ist nirgens mechanisch fixiert oder gestützt, es schwebt frei im Raum.

CoL ist der Punkt, in dem der Auftrieb angreifen muss um vorzutäuschen, es gäbe kein Profilmoment. Sprich das Moment wird durch Hebelarm und Auftrieb simuliert. Physikalisch gesehen kommt ja auch das Profilmoment aus der Summe aller an der Oberfläche angreifenden Druckkräfte. Wenn ich all diese Druckkräfte addiere, hebt sich ein guter Teil davon auf. Meine tatsächliche Luftkraft ist also (betragsmäßig) immer kleiner als die Summe aller Druckkräfte, und greift im CoL an. Für das Moment heben sich aber so manche Druckkräfte nicht raus, da sie nicht auf der selben Wirklinie liegen.

Da auch bei Ca=0 (Parabelflug, senkrechter Sturzflug), also ohne jede Luftkraft, immer noch ein Moment wirkt, ist es nicht möglich den Hebelarm des Moments zu simulieren, der Druckpunkt liegt irgendwo im unendlichen. Deshalb ist er etwas unpraktisch zum rechnen.

Der Neutralpunkt bleibt konstant (jedenfalls solange die Strömung anliegt), egal ob ich nun normal, auf dem Rücken oder mit 0g fliege. Der Neutralpunkt ist der Punkt an dem die Luftkraft gedacht angreift, und das resultierende Moment (da sie ja tatsächlich woanders angreift) constant über Ca ist.

Daraus folgt logischerweise, das bei großen Ca> 0 der Druckpunkt bezogen auf den Neutralpunkt hinter dem Druckpunkt aber nah dran liegt (mehr Kraft, also geringerer Hebelarm für das selbe Moment), bei kleinen oder Ca aber weit dahinter, nur um bei kleinen negative Ca auf weit davor zu springen, und bei größeren negative Ca wieder näher an den Neutralpunkt rückt.

Ziemlich unhandlich, deshalb vergisst der Flugmechaniker lieber den Druckpunkt.

 

Gruß

Ralf

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