Wir können also die EWD vergrößern oder den Schwerpunkt nach hinten verlegen, damit sich das Flugzeug bei dieser Geschwindigkeit im Gleichgewicht befindet, also ohne Zutun die Nase weder hebt noch senkt.
Ich bin ein Tüftler und drehe gerne Gedanken im Kopf herum, um mich mit einer Materie verttraut zu machen. In der Praxis braucht man diese Dinge nicht wirklich, zumindest nicht am Anfang.
Bitte um Korrekturen, ich will ja noch lernen.
In diesem Fall ist das Verhalten vollkommen normal. Das Flugzeug ist eigenstabil und "versucht" Fahrt aufzunehmen. Es ist aus dem Gleichgewicht geraten und ist bestrebt, das Gleichgewicht wieder zu erlangen.
Im Extremfall reißt die Strömung ab, der Auftrieb bricht zusammen und das Flugzeug stürzt ab.
Das alles trifft nicht zu? Du hast den Flieger (nicht zu langsam) ohne Motorkraft geworfen, und er steckt die Nase in die Wiese.
Die Herzensdame des Herrn Schwerpunkt ist die Einstellwinkeldifferenz, kurz EWD genannt. (Zitat: Oskar Czepa)
Als Einstellwinkeldifferenz bezeichnet man die Winkeldifferenz zwischen (den Profilsehnen von)
Hauptflügel und Höhenleitwerk.
Eine positive EWD bedeutet, dass das Höhenleitwerk bestrebt ist, das Heck zu senken.
Oder, was auf das selbe hinausläuft, wenn das Höhenleitwerk weder hebt noch senkt, dann hebt der Hauptflügel die Rumpfspitze.
Wir können also die EWD vergrößern oder den Schwerpunkt nach hinten verlegen, damit sich das Flugzeug
bei dieser Geschwindigkeit im Gleichgewicht befindet, also ohne Zutun die Nase weder hebt noch senkt.
Im gegenteiligen Fall, also wenn der Schwerpunkt zu weit hinten oder die EWD zu groß ist, wird das Flugzeug die Nase nach oben nehmen und Fahrt verlieren. Sofern es stabil eingestellt ist (siehe unten) und die Aufwärtsbewegung nicht zu stark ist, wird es dann die Nase wieder nach unten nehmen, beschleunigen, Nase hinauf und so weiter. Das nennt man Pumpen oder Wellenflug.
Jetzt wissen wir, wie das Gleichgewicht herzustellen ist.
Es gibt aber noch eine andere entscheidende Frage: Handelt es sich um ein stabiles Gleichgewicht?
Das Flugzeug ist in ausreichender Höhe, du gibst kurz und kräftig Tiefenruder.
Das nennt man "anstechen".
Das Flugzeug ändert seinen Kurs auf ca. 45 abwärts, du lässt den Steuerknüppel los.
Was macht das Flugzeug jetzt?
Wenn es, wie eingangs angenommen, von selbst immer steiler nach unten fliegt, dann war es zuvor zwar im Gleichgewicht, aber in einem instabilen Gleichgewicht.
Die Änderung des Anstellwinkels hat bewirkt, dass sich diese Änderung von selbst vergrößert.
Bei Kampfjets wird dieser Zustand bewusst herbeigeführt, damit sie wendig sind.
Nur mit elektronischer Regelung ist das Flugzeug überhaupt zu fliegen (fly by wire).
Es gibt ein Gerücht, dass das beim Airbus auch so ist.
Für Modellflugzeuge ist das ein inakzeptabler Zustand. Dieser muss unbedingt beseitigt werden.
Und wie macht man das?
Entgegen der Intuition muss jetzt der Schwerpunkt nach vorne. Im Gegensatz zum obigen Fall muss auch die EWD
vergrößert werden. Das Flugzeug war ja im Gleichgewicht und soll es auch nach der Schwerpunktkorrektur sein.
| Eine Kugel, die in einer Schale liegt, ist im stabilen Gleichgewicht. Wird sie aus der Gleichgewichtslage gebracht, kehrt sie wieder zurück. Das obige Beispiel entspricht einer Kugel, die auf einem Ball balanciert wird. Liegt sie auf einer ebenen Fläche, ist sie im indifferenten Gleichgewicht. |
Ist der Schwerpunkt weit genug nach vorne gelegt und auch die EWD entsprechend korrigiert, wird das Flugzeug ohne Zutun des Piloten seinen Kurs beibehalten.
Für Kunstflieger ist das eine sinnvolle Einstellung.
Das heißt: Schwerpunkt noch weiter vorn, Höhenleitwerk noch steiler (positive EWD).
Es ist klar, dass jetzt Höhenleitwerk und Tragfläche gegeneinander arbeiten, das Segelflugzeug daher eine schlechtere Gleitzahl haben wird
und das Motorflugzeug nicht die gleiche Leistung erzielen wird wie mit der zuvor besprochenen Einstellung.
Das ist der Preis den wir für die Stabilität zahlen müssen. Später können wir die Einstellung ja ändern.
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Es ist natürlich sehr vereinfachend, wenn man nur zwischen diesen drei Gleichgewichtszuständen unterscheidet. Um beim Beispiel mit der Kugel zu bleiben: Die Schale kann fast eben oder stark gewölbt sein. Im Extremfall liegt die Kugel in einem Trichter, in dem sie sich überhaupt nicht bewegen kann.
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Du wirst es erraten haben, nach dem Anstechen kehrt das Flugzeug in seine normale Fluglage zurück.
Es sollte das in einem sanften Bogen tun, und nicht zu hart abfangen. Ein bisschen Wellenflug (lange Wellen) ist dabei erlaubt.
Warum?
Zu viel Stabilität ist auch nicht gut. Im Extremfall reagiert das Flugzeug gar nicht mehr auf das Ruder.
Außerdem wollen wir das Flugzeug selbst steuern und nicht etwa den Landeanflug von Böen steuern lassen.
Sogar ein Strömungsabriss durch überschießende Korrektur ist möglich.
Wie sanft gut ist, ist Erfahrungs- und Geschmackssache. Wieder ist es gut, einen erfahrenen Modellflieger zumindest zur Seite zu haben, oder das Modell von ihm einfliegen zu lassen.
Schwerpunkt vorne: stabil
Schwerpunkt hinten: instabil
Um die bis hierher besprochenen Phänomene in der Praxis zu studieren eignet sich auch ein Papierflieger oder ein einfacher Wurfgleiter Wenn man den Wurfgleiter mit entsprechend viel Gewicht ausstattet, so dass sich die gleiche Flächenbelastung wie bei unserem Modell ergibt, werden sich die Effekte bei ähnlichen Geschwindigkeit zeigen. .
Auch die Luftkräfte (Auftrieb) kann man durch eine einzige Kraft ersetzt denken, sie geht durch den Druckpunkt. Liegt der Druckpunkt weder vor noch hinter dem Schwerpunkt, ist das Flugzeug im Gleichgewicht.
Der Schwerpunkt bleibt immer an der gleichen Stelle.
Der Druckpunkt tut das nicht, er wandert. Natürlich ist das für die Stabilität von Bedeutung.
Die Druckpunktwanderung ist eine Eigenschaft des Tragflächenprofils und damit für uns nicht beeinflussbar.
Aber was ist das?
Beim Gasgeben geht die Nase hinauf, beim Gas wegnehmen hinunter. Noch einmal probiert, kein Zufall, kein Zweifel.
Zu einem gewissen Grad ist das normal. Wie wir wissen, drückt bei der höheren Geschwindigkeit das Höhenleitwerk stärker nach unten,
und das Flugzeug wird eine neue Gleichgewichtslage einnehmen.
Aber eben nur zu einem gewissen Grad. Bis zu welchem Grad, das weiß wieder der erfahrene Kollege neben uns.
Aber der hier beschriebene Effekt ist nicht von der Geschwindigkeit abhängig, sondern von der Motordrehzahl.
Der Widerstand greift hauptsächlich an den Tragflächen an, der Motorzug an der Propellerachse.
Sofern der Motor nicht auf einem Pylon sondern in der Rumpfspitze montiert ist, ergibt sich bei einem Hochdecker
ein Drehoment, das die Nase des Flugzeugs hebt. Um dem entgegenzuwirken, wird der Motor ein paar Grad schräg nach unten eingebaut
bzw. nach oben, wenn der Motor auf einem Pylon sitzt.
Wieder erkaufen wir Stabilität durch ein wenig Leistungseinbuße.
Natürlich sollte das Flugzeug beim Gasgeben nicht nach links oder rechts ausbrechen.
Also den Motor exakt gerade ausrichten?
Falsch. Dadurch, dass sich die Schraube nach rechts dreht, zieht sie nicht gerade nach vorne, sondern versucht das Flugzeug in eine Linkskurve zu lenken.
Bei rechtsläufigem Propeller muss die Motorwelle daher ein paar Grad nach rechts zeigen.
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