Technik Frank-Peter Schmidt-Lademann Technik Aerodynamik Flugzeugkunde Instrumentenkunde Das...

Technik Frank-Peter Schmidt-Lademann

Technik

Aerodynamik

Flugzeugkunde

Instrumentenkunde

Das Flugklare Flugzeug

Einige der Abbildungen wurden mit mit freundlicher Genehmigung desLuftfahrtverlag Friedrich Schiffmann GmbH & Co. KG, aus folgende Bänden entnommen:Schiffmann1: "Der Privatflugzeugführer", Band 1, Technik I, 1977Schiffmann3: "Der Privatflugzeugführer", Band 3, Technik II, 1977Schiffmann4A: "Der Privatflugzeugführer", Band 4A, Flugnavigation, 1979Schiffmann7: "Der Segelflugzeugführer", Band 7, 1997Hesse3: Hesse3, Flugnavigation, 1976Hesse4: Hesse4, Der Segelflugzeugführer, 1975

Technik

Aerodynamik

Kräfte im Flug

Schubkraft oder Vortriebskraft

Reibungskraft oderWiderstand

Luftströmung

Schiffmann7: Abb 4.1.6

Grenzschicht

Bereich, in dem die Luftteilchen durch den umströmten Körper verzögert werden

Ablösung der Grenzschicht

Wanderung der Abloesung

Schiffmann1:

Theorien zum Auftrieb

Die Auftriebskruft entsteht durch Umlenkung der Luftteilchen

Die oberen Luftteilchen legen in der gleichen Zeit einen weiteren Weg als die unteren zurück. Nach

Bernouli entsteht durch die höhere Fließgeschwindigkeit ein Unterdruck an der

Flügeloberseite, der den Auftrieb erzeugt.

Die von unten auftreffenden Luftteilchen erzeugen einen Impuls nach oben, der den

Auftrieb erzeugt

Die oberen Luftteilchen werden bedingt durch den engeren Querschnitt beschleunigt. Nach Bernouli

entsteht durch die höhere Fließgeschwindigkeit ein Unterdruck an der Flügeloberseite, der den

Auftrieb erzeugt.

Downwash

Das Bild zeigt, wie die Strömung bei Flug über die Wolkennach unten gelenkt wurde.

Entstehung der Zirkulation

Druckverlauf

Druckpunktwanderung

Formwiderstand

Auftriebs/Widerstandsformel

Auftrieb Widerstand• Form abhängig

von der Anströmrichtung

• Fläche in Strömungsrichtung FA

• Luftdichte• Quadrat der

Geschwindigkeit

• Form abhängig von der Anströmrichtung

• Fläche quer zur Strömungsrichtung FW

• Luftdichte• Quadrat der

Geschwindigkeit

A=CA*FA* **v221 W=Cw*Fw* **v22

q= *v21 2

A=CA*FA*q W=Cw*Fw*q

Staudruck

Auftriebs/Widerstandsformel

A=CA*FA* **v221 W=Cw*Fw* **v22

Geschwindigkeit

Luftdichte

Fläche

Widerstands-beiwert

Fläche

Auftriebs-beiwert

Simulation

Lilienthal-Polare

Fragen 1• Was ist laminare, turbulente bzw verwirbelte Strömung• Was versteht man unter Umschlagpunkt• Beschreibe die Ablösung der Strömung• Wie entsteht der Auftrieb am Flügel• Wie verändert sich der Widerstand bei Verdoppelung der

Geschwindigkeit• Um wieviel erhöht sich die Mindestfahrt in 10000 m Höhe

gegenüber NN• Mit welchem Anstellwinkel fliege ich stationär bei doppelter

Mindestfahrt• wie verändert sich der Staudruck bei Verdoppelung der

Geschwindigkeit

Erkläre dieses Phänomen

Unterdruckphänomen

Concorde

Flugleistungspolare

Polare und Gewicht

Kräfte im Gleitflug

geringer Widerstand

mittlerer Widerstandhalb ausgefahrene

Klappen

hoher Widerstandvoll ausgefahrene

Klappen

Fragen 2

• Wie ermittele ich in der Flugleistungspolaren das beste Gleiten

• Was versteht man unter der Luftkraft• Was versteht man unter stationärem Flug• Was versteht man unter Mindestfahrt• Wie verändert sich die Fluglage, wenn die Störklappen

ausgefahren werden. Erkläre an Hand des Kräftediagramms

Widerstandsarten

•Formwiderstand (Druckwiderstand)

•Reibungswiderstand

•Induzierter Widerstand

•Nebenwiderstand (Restwiderstand)

•Interferenzwiderstand

Induzierter Widerstand

Schiffmann1: Abb 13

B727 Wirbelschleppe

Animation

Wirbelschleppen

Wirbschleppe einer 747

Auftriebsverteilung

Seitenverhältnis

Besondere Flugzustände

• Trudeln–Steiltrudeln–Flachtrudeln–Ausleiten

• Slip–Einleiten–Ausleiten–Gefahren

Kurvenflug

Lastvielfache im Kurvenflug

Querneigung Lastvielfaches Fahrtzunahme

1 / cos 1 / cos

0° 1,00 1,00

20° 1,06 1,03

40° 1.31 1,14

60° 2,00 1,41

80° 5,76 2,40

85° 11,5 3,39

Kurvenge-schwindigkeit

Lastvielfaches im Abfangbogen

Lastvielfaches

Harte Landung

Fragen 3

• Welche Widerstandarten gibt es• Wie läßt sich der induzierte Widerstand reduzieren• Wie kommt es zum Trudeln, wie wird ausgeleitet• Beschreibe den Slip• Erkläre die Lastzunahme im Kurvenflug• Erkläre warum sich die Mindestfahrt um 1,4 bei einer

Kurve mit 60 Grad Schräglage erhöht• Warum sackt ein mit Mindestflug anfliegendes Flugzeug

im Abfangbogen durch

Profil

•Merkmale•Einstellwinkel•Anstellwinkel

Profilformen

•Bei zunehmendem Dickenverhältnis d/t steigt der Druckwiederstand•Bei zunehmender Wölbung steigt der Höchstauftrieb•Dickere Profile sind unempfindlicher gegen Änderung des Anstellwinkels•Mit zunehmender Dickenrücklage vermindert sich der Reibungswiderstand

Nurflügler Mü5

Spannweite 13,4m Flügelfläche 11m² Streckung 16,4 Flächenbelastung 12,3 kg/m² Gesamtlänge 2m Rüstgewicht 55kp Fluggewicht 135kp

Schränkung

Strömungsabriß erfolgt zunächst innenDie Querruderwirkung bleibt erhalten

Schiffmann7: Abb 4.1.56 Schiffmann7: Abb 4.1.57

Flächenbelastung

Fluggewicht G / Flügelfläche Fkp/m

Kleine Flächenbelastung: geringes Sinken,

besserer Langsamflug

Hohe Flächenbelastung:bessere Gleitzahl bei hohen Geschwindigkeiten,

besserer Schnellflug

Belastungs-probe

Belastung mit 2,5 Tonnen, um ein Lastvielfaches von 5.3 g zu simulieren. Da die Flügelaufbau symetrisch ist, genügt der Nachweis der negativen G-Belastung auch für den Nachweis bei positiver G-Belastung.

“Flight Envelope” und Manövergeschwindigkeit VA

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Strukturschaden

StrukturschadenStrukturbruch

Strukturbruch

Vorsichts-bereich

Lastviel-faches

Geschwindigkeit (IAS)

Va hohes Gewicht

Mindestfahrt

Normal envelope

Va geringes Gewicht

Strömungsa

VNEVNOVS

Maximal zul. Last-vielfaches

Va verringert sich bei vermindertem Fluggewicht VS0

Flap envelope

Stationärer Flug bei 1 G

Bereich nicht anliegender Strömung

Rückenflug Bereich

Querruder

Höhenruder

Seitenruder

MassenausgleichMassenausgleich

Verlagerung des Ruderschwerpunkts in die AchseAerodynamischer Massenausgleich

Verringerung der Ruderkräfte

Wölb-, Spreiz- und StörklappenWölb- und Spreizklappen verändern das Profil und damit auch den Einstellwinkel

• Verbessern das Landeverhalten,• Verbessern die

Schnellflugeigenschaften

Störklappen vermindern den Auftrieb und erhöhen den Widerstand

• Dienen zur Steuerung des Gleitwegs• Vermeidung unerwünschter hoher

Geschwindigkeit (z.B. F-Schlepp)

TrimmungFedertrimmung

Trimmung kann nicht falsche Beladung ausgleichen!

Stabilität

Schiffmann7: Abb 4.1.73Schiffmann7: Abb 4.1.74

Flugstabilität

• Flügelpfeilung• Rumpflänge

• V Form der Flächen

• Schwerpunkt relativ zu Flächen

• Druckpunktstabilität

Fragen 4

• Wann kann eine Ruderumkehrwirkung eintreten• Wie bezeichnet man die Bewegungsachsen eines Flugzeuges• Was versteht man unter dem negativen Wendemoment• Wie nennt man das Verhältnis zwischen Scheingewichtskraft

und Gewichtskraft• Welche Kräfte wirken auf das Flugzeug ein• Erkläre den Unterschied zwischen Wölb- und Störklappen• wie erreicht man Stabilität um die Längsachse

Technik

Flugzeugkunde

Einteilung der LuftfahrzeugeLuftfahrzeuge

Leichter als Luft Schwerer als Luft Ballistische LFZ

Motorgetriebene Flugzeuge

Motorlose Flugzeuge

DrehflüglerStarrflüglerMotorsegler

UL-Flugzeuge

SegelflugzeugeDrachen

Fallschirme

BalloneLuftschiffe

RaketenRaumgleiter

Bauformen

Tiefdecker: SF 25, DR400Mitteldecker: ASK13, AstirSchulterdecker: Ka8, Ka6Hochdecker: Lo100

BauweiseHolzbauweise: Ka6Metallbauweise: BlanikGemischtbauweise: ASK13, Ka8Kunststoffbauweise: Mistral, Astir

Schiffmann7: Abb 4.2.1-3

KonstruktionsgruppenFlugzeug

Flugwerk Triebwerk Ausrüstung

RumpfwerkTragwerkLeitwerkSteuerwerkFahrwerk

MotorPropellerKraftstoffanlage

MindestausrüstungSonderausrüstung

Rumpfwerk

Gerüstbauweise

Schalenbauweise

Die veraltete Gitterbauweise ist hier

nicht gezeigt

Das Tragwerk

Leitwerk

Differenziertes Querruder

AchsenHochachse (Gieren)

Längsachse (Rollen)

Querachse (Nicken)

Im Schnittpunkt der drei Achsen liegt der

Schwerpunkt

Schiffmann1: Abb 39

Konstruktion und Sicherheit

BedienungskomfortHebelfarben, Pedaleinstellung, Sitzeinstellung,Fahrwerkssignal, Überziehwarnung

- Ausschaltung menschlichen Versagens -FlugstabilitätSchränkung, Stabilität

RedundanzStopmuttern, Kronenmuttern, Splinte, Fokkernadeln, doppelte Zündanlage

- Ausschaltung technischen Versagens -Schutz des PilotenStabiler Rumpf, Splitterfreiheit, Federung, Fahrwerkskonstruktion

Fragen 5

• Was versteht man unter einer Torsionsnase

• Welchen Zweck hat die Diefferenzierung des Querruders

• Ordne die Ruder den Drehachsen zu

• Was versteht man unter einem ungedämpftem Ruder

Was so alles fliegt

Technik

• Kenntnis der Flugdaten aus dem Flughandbuch

• Vorflugkontrolle

• Flugzeugpapiere

• Beladung

• Startcheck

Beladung

LeergewichtRüstgewichtFluggewichtMindestgewichtHöchstzulässiges AbfluggewichtBeladeplan

Nicht immer zeigen sich Beladungsfehler so deutlich

Schwerpunktlage

Ermittlung der Leermasse und der

Leermassen-schwerpunktlage

Schwerpunktberechnung

Station Gewicht Hebelarm Drehmomentkp cm cm*kp

Leergewicht 400 92 36800vorderer Sitz 65 -22 -1430hinterer Sitz 80 70 5600Gepaeck 1 90 90Gesammtgew: 546 Gesammtmom: 41060

Minimum errechnet MaximumSchwerpunktlage 70 75.20 76Gesammtgewicht 546 600

Abstand der Station vom Bezugspunkt (Flughandbuch)

Gewicht der StationDas Moment ergibt

sich aus Gewicht*Hebel

Vorderste Schwerpunktlage

Hinterste Schwerpunktlage

Schwerpunkt = Gesammtmoment / Gesammtgewicht

Maximales GesammtgewichtGesammtgewicht

Die Daten zum Leergewicht stehen im Flughandbuch

Vorderer Sitz

Bezugspunkt

Zulässiger Schwerpunktsbereich

Hinterer Sitz Leergewichtsschwerpunkt

Fragen Aerodynamik• Wann spricht man von Abreißen der Strömung?• Der Widerstand eines Körpers ist abhängig von?• Den durch Druckausgleich an den Flügelenden entstehenden Widerstand

nennt man?• Welche Faktoren bestimmen den Auftrieb• Wie verhalten sich Mindestgeschwindigkeit und Gleitwinkel bei Ausfahren

der Störklappen• Was versteht man unter Luftkraft• Was ist bei einer Steilkurve zu beachten• Inwiefern ist die Mindestfahrt von Flächenbelastung und Klappenstellung

abhängig• Was versteht man unter Druckpunkt bzw Staupunkt• Die Steuerung um die Querachse erfolgt mit Hilfe?• Wann kann eine Ruderumkehrwirkung eintreten• Welche Stellung des Trimmruders bewirkt Kopflastigkeit• Welche Hebel haben die Farben Rot, Blau und Grün• Was versteht man unter der Manövergeschwindigkeit• Was ist für die Beladung eines Flugzeuges entscheident• Erkläre Leermasse, Rüstmasse, Flugmasse, Zuladung

Aufgabe: Grenzschicht

Ordne zu:

Ablösepunkt, Staupunkt, Umschlagpunkt

Aufgabe: Polare

Ordne zu:Bestes GleitenRückenflugSchnellflugAuftriebslosStrömungsabriß

Aufgabe: Flugleistungspolare

Ordne zu:Geschwindigkeit des besten GleitensGeschwindigkeit des geringsten Sinkens

Zuladung

Welche Zuladung ist bei einem

Leergewicht von 260 kg und einem Wasserballast von

90 ltr maximal zulässig

Cockpit einer A319

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