Technik
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Technik Frank-Peter Schmidt-Lademann
TechnikAerodynamik
FlugzeugkundeInstrumentenkunde
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 Frank-Peter Schmidt-Lademann
Technik
Aerodynamik
Technik Frank-Peter Schmidt-Lademann
Kräfte im Flug
Schubkraft oder Vortriebskraft
Reibungskraft oderWiderstand
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Luftströmung
Schiffmann7: Abb 4.1.6
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Grenzschicht
Bereich, in dem die Luftteilchen durch den umströmten Körper verzögert werden
Schiffmann7: Abb 4.1.8
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Ablösung der Grenzschicht
Schiffmann7: Abb 4.1.24
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Wanderung der Abloesung
Film
Schiffmann1:
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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.
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Downwash
Das Bild zeigt, wie die Strömung bei Flug über die Wolkennach unten gelenkt wurde.
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Entstehung der Zirkulation
Schiffmann7: Abb 4.1.13
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Druckverlauf
13
23
Schiffmann7: Abb 4.1.14
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Druckpunktwanderung
Schiffmann7: Abb 4.1.15
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Formwiderstand
Schiffmann7: Abb 4.1.7
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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
GeschwindigkeitA=CA*FA* **v22
1 W=Cw*Fw* **v221
q= *v21 2A=CA*FA*q W=Cw*Fw*q
Staudruck
Schiffmann7: Abb 4.1.18
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Auftriebs/Widerstandsformel
A=CA*FA* **v221 W=Cw*Fw* **v22
1
Geschwindigkeit
Luftdichte
Fläche
Widerstands-beiwert
Fläche
Auftriebs-beiwert
Simulation
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Lilienthal-Polare
Schiffmann7: Abb 4.1.19
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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
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Erkläre dieses Phänomen
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Unterdruckphänomen
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Concorde
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Flugleistungspolare
Schiffmann7: Abb 4.1.22
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Polare und Gewicht
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Kräfte im Gleitflug
Schiffmann7: Abb 4.1.17
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Kräfte im Gleitflug
geringer Widerstand
mittlerer Widerstandhalb ausgefahrene
Klappen
hoher Widerstandvoll ausgefahrene
Klappen
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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
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Widerstandsarten
•Formwiderstand (Druckwiderstand)
•Reibungswiderstand
•Induzierter Widerstand
•Nebenwiderstand (Restwiderstand)
•Interferenzwiderstand
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Induzierter Widerstand
Schiffmann7: Abb 4.1.25
Schiffmann1: Abb 13
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B727 Wirbelschleppe
Animation
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Wirbelschleppen
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Wirbschleppe einer 747
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Auftriebsverteilung
Schiffmann7: Abb 4.1.30
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Seitenverhältnis
Schiffmann7: Abb 4.1.31
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Besondere Flugzustände
• Trudeln–Steiltrudeln–Flachtrudeln–Ausleiten
• Slip–Einleiten–Ausleiten–Gefahren
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Kurvenflug
Schiffmann7: Abb 4.1.42
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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
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Kurvenge-schwindigkeit
Schiffmann7: Abb 4.1.43
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Lastvielfaches im Abfangbogen
Lastvielfaches
Schiffmann7: Abb 4.1.48
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Harte Landung
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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
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Profil
•Merkmale•Einstellwinkel•Anstellwinkel
Schiffmann7: Abb 4.1.50
Schiffmann7: Abb 4.1.49
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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
Schiffmann7: Abb 4.1.51
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Nurflügler Mü5
Spannweite 13,4m Flügelfläche 11m² Streckung 16,4 Flächenbelastung 12,3 kg/m² Gesamtlänge 2m Rüstgewicht 55kp Fluggewicht 135kp
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Schränkung
Strömungsabriß erfolgt zunächst innenDie Querruderwirkung bleibt erhalten
Schiffmann7: Abb 4.1.56 Schiffmann7: Abb 4.1.57
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Flächenbelastung
Fluggewicht G / Flügelfläche Fkp/m
Kleine Flächenbelastung: geringes Sinken,
besserer Langsamflug
Hohe Flächenbelastung:bessere Gleitzahl bei hohen Geschwindigkeiten,
besserer Schnellflug
2
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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.
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“Flight Envelope” und Manövergeschwindigkeit VA
0
-1
-2
-3
-4
1
2
3
4
5
6
7
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
Strömungsabriß
VNEVNOVS
Maximal zul. Last-vielfaches
Va verringert sich bei vermindertem Fluggewicht VS0
Flap envelope
Stationärer Flug bei 1 G
Bereich nicht anliegender Strömung
Bereich nicht anliegender Strömung
Rückenflug Bereich
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Querruder
Schiffmann7: Abb 4.1.65
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Höhenruder
Schiffmann7: Abb 4.1.66
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Seitenruder
Schiffmann7: Abb 4.1.67
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MassenausgleichMassenausgleich
Verlagerung des Ruderschwerpunkts in die AchseAerodynamischer Massenausgleich
Verringerung der Ruderkräfte
Schiffmann7: Abb 4.1.69
Schiffmann7: Abb 4.1.70
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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)
Schiffmann7: Abb 4.1.36
Schiffmann7: Abb 4.1.37
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TrimmungFedertrimmung
Trimmung kann nicht falsche Beladung ausgleichen!
Schiffmann7: Abb 4.1.71
Schiffmann7: Abb 4.1.72
Schiffmann7: Abb 4.1.72
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Stabilität
Schiffmann7: Abb 4.1.73Schiffmann7: Abb 4.1.74
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Flugstabilität
• Flügelpfeilung• Rumpflänge
• V Form der Flächen
• Schwerpunkt relativ zu Flächen
• Druckpunktstabilität
Schiffmann7: Abb 4.1.75
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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
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Technik
Flugzeugkunde
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Einteilung der LuftfahrzeugeLuftfahrzeuge
Leichter als Luft Schwerer als Luft Ballistische LFZ
Motorgetriebene Flugzeuge
Motorlose Flugzeuge
DrehflüglerStarrflüglerMotorsegler
UL-Flugzeuge
SegelflugzeugeDrachen
Fallschirme
BalloneLuftschiffe
RaketenRaumgleiter
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BauformenTiefdecker: SF 25, DR400Mitteldecker: ASK13, AstirSchulterdecker: Ka8, Ka6Hochdecker: Lo100
BauweiseHolzbauweise: Ka6Metallbauweise: BlanikGemischtbauweise: ASK13, Ka8Kunststoffbauweise: Mistral, Astir
Schiffmann7: Abb 4.2.1-3
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KonstruktionsgruppenFlugzeug
Flugwerk Triebwerk Ausrüstung
RumpfwerkTragwerkLeitwerkSteuerwerkFahrwerk
MotorPropellerKraftstoffanlage
MindestausrüstungSonderausrüstung
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Rumpfwerk
Gerüstbauweise
Schalenbauweise
Die veraltete Gitterbauweise ist hier
nicht gezeigt
Schiffmann7: Abb 4.2.6
Schiffmann7: Abb 4.2.7
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Das Tragwerk
Schiffmann7: Abb 4.2.9
Schiffmann7: Abb 4.2.8
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Leitwerk
Schiffmann7: Abb 4.2.12
Schiffmann7: Abb 4.2.913
Technik Frank-Peter Schmidt-Lademann
Differenziertes Querruder
Schiffmann7: Abb 4.2.15
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AchsenHochachse
(Gieren)
Längsachse (Rollen)
Querachse (Nicken)
Im Schnittpunkt der drei Achsen liegt der
Schwerpunkt
Schiffmann1: Abb 39
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Konstruktion und Sicherheit
BedienungskomfortHebelfarben, Pedaleinstellung, Sitzeinstellung,Fahrwerkssignal, Überziehwarnung- Ausschaltung menschlichen Versagens -FlugstabilitätSchränkung, StabilitätRedundanzStopmuttern, Kronenmuttern, Splinte, Fokkernadeln, doppelte Zündanlage- Ausschaltung technischen Versagens -Schutz des PilotenStabiler Rumpf, Splitterfreiheit, Federung, Fahrwerkskonstruktion
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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
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Was so alles fliegt
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Technik
Das Flugklare Flugzeug
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Das Flugklare Flugzeug
• Kenntnis der Flugdaten aus dem Flughandbuch
• Vorflugkontrolle
• Flugzeugpapiere
• Beladung
• Startcheck
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BeladungLeergewichtRüstgewichtFluggewichtMindestgewichtHöchstzulässiges AbfluggewichtBeladeplan
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Nicht immer zeigen sich Beladungsfehler so deutlich
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Schwerpunktlage
Ermittlung der Leermasse und der
Leermassen-schwerpunktlage
+
Schiffmann7: Abb 4.4.2
Schiffmann7: Abb 4.4.4
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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
BP
Vorderer Sitz
Bezugspunkt
Zulässiger Schwerpunktsbereich
Hinterer Sitz Leergewichtsschwerpunkt
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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
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Aufgabe: Grenzschicht
Ordne zu:Ablösepunkt, Staupunkt, Umschlagpunkt
Technik Frank-Peter Schmidt-Lademann
Aufgabe: Polare
Ordne zu:Bestes GleitenRückenflugSchnellflugAuftriebslosStrömungsabriß
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Aufgabe: Flugleistungspolare
2
Ordne zu:Geschwindigkeit des besten GleitensGeschwindigkeit des geringsten Sinkens
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Zuladung
Welche Zuladung ist bei einem
Leergewicht von 260 kg und einem Wasserballast von
90 ltr maximal zulässig
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Cockpit einer A319