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Übung Flugzeugentwurf - 1 Übung Flugzeugentwurf Ü Leitwerksauslegung Neutralpunkt 2D/3D-Plot

FE Ü7 Leitwerksauslegung

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Page 1: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 1

Übung Flugzeugentwurf

Ü – Leitwerksauslegung

Neutralpunkt

2D/3D-Plot

Page 2: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 4

Definitionen FM

Moment um den Schwerpunkt

M = AFR (xS - xFR) + M0FR – AH rH = 0

dimensionslos

Cm = Cm0FR + xS−xFR

lμCAFR −

rH

q H SH

q S CAH = 0

mit rH

q H SH

q S= VH “Leitwerksvolumen”

vereinfachend (CA ≈ CAF) gilt:

𝜕Cm𝜕CA

≈𝜕Cm𝜕CAF

=xS − xFR

lμ−𝜕CAH𝜕αH

𝜕αH𝜕α

𝜕α

𝜕CAF rHlμ

q H SHq S

𝜕Cm𝜕CA

=xS − xFR

lμ−

(CAα)𝐻(CAα)𝐹𝑅

1 −𝜕αW𝜕α

VH

FRM 0

HA

FRAHr

FRS xx

Page 3: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 6

LW-Formgebung

Man kann wie folgt annehmen:

Zuspitzung und Streckung

Höhenleitwerk Seitenleitwerk

Streckung L Zuspitzung l Streckung L Zuspitzung l

Kampfflugzeug 3-4 0,2-0,4 0,6-1,4 0,2-0,4

Segelflugzeug 6-10 0,3-0,5 1,5-2,0 0,4-0,6

andere 3-5 0,3-0,6 1,3-2,0 0,3-0,6

T-Leitwerk - - 0,7-1,2 0,6-1,0

la

S Ref /2

li

SHLW/2 i

a

l

ll

Hlw Slw, Ref,

2

S

bL

b/2

b/2

Streckung

Zuspitzung

[Howe]

Page 4: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 7

Reduziertes LW-Volumen = f(SP, Stabilitätsmaß)

(CAα)𝐻(CAα)𝐹𝑅

𝑽 𝑯 = −xS − xN

lμ+xSlμ−xFRlμ

0.25

instabil

stabil

𝐱𝐒 − 𝐱𝐍𝐥𝛍

𝐱𝐒𝐥𝛍

(𝐂𝐀𝛂)𝐇(𝐂𝐀𝛂)𝐅𝐑

𝐕 𝐇

Beispiel:

hinterste Schwerpunktlage xSlμ

=0.5

Mindeststabilitätsmaß = %5 xS−xN

lμ= −0.05

(CAα)H

(CAα)FRV H = 0.3

Page 5: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 8

HLW-Dimensionierung

Page 6: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 9

HLW-Dimensionierung (Steuerbarkeit)

(𝐂𝐀𝛂)𝐇(𝐂𝐀𝛂)𝐅𝐑

𝐕 𝐇= 0.3

𝐂𝐀𝐅𝐑𝐦𝐚𝐱 = 𝟏. 𝟒 𝐂𝐀𝐅𝐑𝐦𝐢𝐧 = −𝟎. 𝟕

𝐂𝐦

𝐂𝐀𝐅𝐑

CmFR Flügel allein

xS lμ = 0.25

CmFR Flügel allein

xS lμ = 0.5

𝐂𝐀𝐇 = −𝟎. 𝟕𝟑

CmH LW

gedrückt

𝐂𝐀𝐇 = 𝟎. 𝟔𝟕

CmH Leitwerk

gezogen

Cm0FR

Page 7: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 10

HLW-Dimensionierung

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

CAF

Cm

Gleichgewichtszustände für min./max. Flügelauftriebsbeiwerte CA,F

Cm,F

(xS/l

= 0.5)

Cm,H

(LW gezogen H= -7.2[°],

H=10.6[°])

Cm,H

(LW gedrückt H= -2.8[°],

H=-11.7[°])

Page 8: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 11

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

CAF

Cm

bzw

. C

AH

H = -7.2[°]

Cm,F

Cm,H

Cm

CA,H

HLW-Dimensionierung

Page 9: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 12

HLW-Dimensionierung

Page 10: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 16

HLW-Auslegungsdiagramm SH= f(SP)

Page 11: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 17

HLW-Auslegungsdiagramm SH= f(SP)

Page 12: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 19

Schwerpunktdiagramm

Aussentanks & Bewaffnung

15-27% l

Page 13: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 20

HLW-Auslegungsdiagramm SH= f(SP)

[Hafer, Sachs]

xNutz mindestens

erforderliche

LW-Fläche

möglicher

SP-Bereich

Page 14: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 21

HLW-Auslegung

Man kann wie folgt annehmen:

Zuspitzung und Streckung

Höhenleitwerk Seitenleitwerk

Streckung L Zuspitzung l Streckung L Zuspitzung l

Kampfflugzeug 3-4 0,2-0,4 0,6-1,4 0,2-0,4

Segelflugzeug 6-10 0,3-0,5 1,5-2,0 0,4-0,6

andere 3-5 0,3-0,6 1,3-2,0 0,3-0,6

T-Leitwerk - - 0,7-1,2 0,6-1,0

la

S Ref /2

li

SHLW/2 i

a

l

ll

Hlw Slw, Ref,

2

S

bL

b/2

b/2

Streckung

Zuspitzung

[Howe]

Page 15: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 22

SLW-Auslegung

Man kann wie folgt annehmen:

Zuspitzung und Streckung

Höhenleitwerk Seitenleitwerk

Streckung L Zuspitzung l Streckung L Zuspitzung l

Kampfflugzeug 3-4 0,2-0,4 0,6-1,4 0,2-0,4

Segelflugzeug 6-10 0,3-0,5 1,5-2,0 0,4-0,6

andere 3-5 0,3-0,6 1,3-2,0 0,3-0,6

T-Leitwerk - - 0,7-1,2 0,6-1,0

la

S Ref /2

li

SHLW/2 i

a

l

ll

Hlw Slw, Ref,

2

S

bL

b/2

b/2

Streckung

Zuspitzung

[Howe]

Page 16: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 23

SLW-Auslegung

Pfeilung

Für die Pfeilung der Leitwerksflächen gelten folgende Regeln:

Höhenleitwerk

• 5° mehr als Flügel:

- späterer Strömungsabriss

- höhere krit. Machzahl

Seitenleitwerk

• ca. 35 ° – 55 ° (schnellere Flugzeuge)

• max. 20 ° (langsamere Flugzeuge)

Relative Dicke

Höhenleitwerk (ähnlich wie Flügel)

• ca. 10% dünner bei Hochgeschwindigkeits-Lfz.:

- höhere krit. Machzahl

Page 17: FE Ü7 Leitwerksauslegung

Übung Flugzeugentwurf - 24

Äußere Konfiguration / Digital DATCOM