Grundlagen & Luftströmung
Statischer & dynamischer Druck 2 min
Luft hat Masse, und genau deshalb kann sie tragen. In ruhender Luft wirkt der statische Druck, der allseitig gleiche Umgebungsdruck. Sobald Luft strömt, kommt ein zweiter Anteil hinzu: der dynamische Druck oder Staudruck, die Bewegungsenergie der Strömung.
Der dynamische Druck folgt der Formel q = ½ · ρ · v². Zwei Dinge stecken darin, die jeder Pilot im Gefühl haben sollte: Er wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit (doppelte Geschwindigkeit, vierfacher Staudruck) und er hängt von der Luftdichte ρ ab. In dünner Höhenluft ist der Staudruck bei gleicher wahrer Geschwindigkeit kleiner.
Die Summe aus statischem und dynamischem Druck ist der Gesamtdruck und bleibt in reibungsfreier Strömung konstant. Das Flugzeug nutzt das direkt: Das Pitotrohr misst den Gesamtdruck, die statische Sonde den statischen Druck, und die Differenz, der Staudruck, treibt den Fahrtmesser an. Der zeigt also Staudruck an, nicht direkt Geschwindigkeit.
- Statischer Druck: allseitiger Umgebungsdruck der ruhenden Luft
- Dynamischer Druck (Staudruck): q = ½ · ρ · v², wächst mit v²
- Gesamtdruck = statisch + dynamisch, konstant (reibungsfrei)
- Fahrtmesser misst Staudruck aus Pitot- minus Statikdruck
Übungsfragen (3)
Wie lautet die Formel für den dynamischen Druck (Staudruck)?
Der dynamische Druck ist q = ½ · ρ · v². Er wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit und ist proportional zur Luftdichte.
Was misst ein Fahrtmesser physikalisch direkt?
Der Fahrtmesser wertet die Differenz aus Gesamtdruck (Pitot) und statischem Druck aus, also den Staudruck. Daraus ergibt sich die angezeigte Geschwindigkeit.
Wie ändert sich der Staudruck, wenn sich die Geschwindigkeit verdoppelt?
Da der Staudruck mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wächst, führt eine Verdopplung der Geschwindigkeit zum vierfachen Staudruck.
Die Kontinuitätsgleichung 2 min
Die Kontinuitätsgleichung ist nichts anderes als Massenerhaltung in Strömungsform: Was vorn in eine Stromröhre hineinströmt, muss hinten wieder heraus, es geht keine Masse verloren. Pro Zeiteinheit strömt durch jeden Querschnitt dieselbe Luftmasse.
Für Geschwindigkeiten, bei denen sich die Dichte kaum ändert (deutlich unter der Schallgeschwindigkeit), vereinfacht sich das zu Fläche mal Geschwindigkeit ist konstant, also A · v = konstant. Verengt sich der Querschnitt, muss die Geschwindigkeit steigen, damit dieselbe Menge durchpasst.
Das kennt jeder vom Gartenschlauch: Hält man die Öffnung zu, spritzt das Wasser schneller. Genau dieser Effekt beschleunigt die Luft über der gewölbten Oberseite einer Tragfläche, wo die Stromröhren zusammengedrückt werden, und liefert damit den ersten Baustein der Auftriebserklärung.
- Kontinuität = Massenerhaltung in der Strömung
- Bei nahezu konstanter Dichte: A · v = konstant
- Engerer Querschnitt erzwingt höhere Geschwindigkeit
- Erklärt die Beschleunigung über der gewölbten Profiloberseite
Übungsfragen (3)
Welches physikalische Prinzip steckt hinter der Kontinuitätsgleichung?
Die Kontinuitätsgleichung drückt die Massenerhaltung aus: Durch jeden Querschnitt einer Stromröhre strömt pro Zeit dieselbe Luftmasse.
Was passiert mit der Strömungsgeschwindigkeit, wenn sich der Querschnitt verengt (konstante Dichte)?
Bei A · v = konstant muss die Geschwindigkeit steigen, wenn die Fläche kleiner wird, damit dieselbe Luftmasse hindurchströmt.
Unter welcher Bedingung gilt die vereinfachte Form A · v = konstant?
Die einfache Form setzt eine annähernd konstante Dichte voraus, was im Unterschallbereich gut erfüllt ist. Bei hohen Machzahlen muss die Dichteänderung berücksichtigt werden.
Das Bernoulli-Prinzip 2 min
Bernoulli ist die Energieerhaltung der Strömung. In einer reibungsfreien Strömung bleibt die Summe aus statischem und dynamischem Druck konstant. Steigt der eine Anteil, muss der andere sinken, das Gesamtbudget bleibt gleich.
Daraus folgt die zentrale Aussage: Wo die Luft schnell strömt, ist der statische Druck niedrig, und wo sie langsam strömt, ist er hoch. Geschwindigkeit und statischer Druck verhalten sich gegenläufig.
Zusammen mit der Kontinuität ergibt das den Auftrieb: Über der gewölbten Oberseite drängen sich die Stromröhren, die Luft wird schneller (Kontinuität), also fällt dort der statische Druck (Bernoulli). Unten bleibt der Druck höher. Die Druckdifferenz drückt die Tragfläche nach oben. Das berüchtigte Argument der gleichen Laufzeit oben und unten ist dabei falsch, die Beschleunigung kommt aus der Geometrie der Strömung, nicht aus einer Zeitgleichheit.
- Bernoulli: statischer + dynamischer Druck = konstant (reibungsfrei)
- Schnelle Strömung = niedriger statischer Druck und umgekehrt
- Mit Kontinuität: schnellere Oberseite → Unterdruck → Auftrieb
- Die Theorie der gleichen Laufzeit ist ein verbreiteter Irrtum
Übungsfragen (3)
Was besagt das Bernoulli-Prinzip für eine reibungsfreie Strömung?
Nach Bernoulli bleibt die Summe aus statischem und dynamischem Druck konstant. Nimmt die Geschwindigkeit zu, sinkt der statische Druck.
Wie verhält sich der statische Druck dort, wo die Luft schnell strömt?
Geschwindigkeit und statischer Druck sind gegenläufig: Wo die Strömung schnell ist, herrscht niedriger statischer Druck.
Warum strömt die Luft über der gewölbten Profiloberseite schneller?
Die Beschleunigung folgt aus der Kontinuität: Über der Wölbung verengen sich die Stromröhren, daher steigt die Geschwindigkeit. Das Argument der gleichen Laufzeit ist falsch.
Anstellwinkel & relative Anströmung 2 min
Die relative Anströmung ist die Bewegung der Luft relativ zum Flugzeug. Sie ist immer genau entgegengesetzt zur Flugbahn gerichtet: Steigt das Flugzeug, kommt die Anströmung leicht von oben, im Sinkflug von unten. Sie ist die Bezugslinie für alles Aerodynamische.
Der Anstellwinkel (Angle of Attack, AoA) ist der Winkel zwischen der Profilsehne, also der Geraden von Vorder- zu Hinterkante, und dieser relativen Anströmung. Er ist die wichtigste Größe der Aerodynamik, denn er steuert direkt, wie viel Auftrieb das Profil erzeugt.
Wichtig ist die Abgrenzung zur Längsneigung (Pitch), dem Winkel der Flugzeuglängsachse zum Horizont. Anstellwinkel und Pitch sind nicht dasselbe: Ein Flugzeug kann mit hoher Nase sinken und dabei einen großen Anstellwinkel haben. Steigt der Anstellwinkel über den kritischen Wert, reißt die Strömung ab, das Profil überzieht, unabhängig von Geschwindigkeit und Fluglage.
- Relative Anströmung: entgegengesetzt zur Flugbahn
- Anstellwinkel = Winkel zwischen Profilsehne und relativer Anströmung
- Der Anstellwinkel steuert den Auftrieb
- Anstellwinkel ≠ Längsneigung (Pitch); Überziehen am kritischen AoA
Übungsfragen (3)
Wie ist der Anstellwinkel definiert?
Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen der Profilsehne und der relativen Anströmung. Er bestimmt maßgeblich den erzeugten Auftrieb.
In welche Richtung zeigt die relative Anströmung?
Die relative Anströmung ist stets genau entgegengesetzt zur Flugbahn des Flugzeugs gerichtet.
Wann überzieht ein Profil?
Ein Profil überzieht, sobald der kritische Anstellwinkel überschritten wird, unabhängig von Geschwindigkeit oder Fluglage. Dann reißt die Strömung ab.
Laminare & turbulente Strömung, Grenzschicht 2 min
Direkt an der Oberfläche eines Flügels haftet die Luft und wird abgebremst. Diese dünne Schicht abgebremster Luft heißt Grenzschicht. In ihr spielt sich die Reibung zwischen Luft und Flugzeug ab, und ihr Verhalten entscheidet über Widerstand und Strömungsabriss.
Vorn am Profil ist die Grenzschicht laminar: dünn, glatt, in geordneten Schichten, mit wenig Reibungswiderstand. Weiter hinten schlägt sie an einem Umschlagpunkt in eine turbulente Grenzschicht um: dicker, durchmischt, mit mehr Reibung, aber auch mit mehr Energie.
Dieser Unterschied ist sicherheitsrelevant: Die energiereichere turbulente Grenzschicht haftet länger an der Oberfläche und widersteht der Ablösung besser. Löst sich die Grenzschicht ab, etwa bei zu großem Anstellwinkel, bricht der Auftrieb ein und der Widerstand steigt sprunghaft, das ist der Beginn des Strömungsabrisses.
- Grenzschicht: dünne, an der Oberfläche abgebremste Luftschicht
- Laminar: dünn, geordnet, wenig Reibung
- Turbulent: dicker, durchmischt, mehr Reibung, aber haftet besser
- Ablösung der Grenzschicht → Auftriebsverlust und Strömungsabriss
Übungsfragen (3)
Was ist die Grenzschicht?
Die Grenzschicht ist die dünne Schicht direkt an der Oberfläche, in der die Luft durch Reibung abgebremst wird.
Welchen Vorteil hat die turbulente gegenüber der laminaren Grenzschicht?
Die turbulente Grenzschicht ist energiereicher und haftet länger an der Oberfläche. Dadurch widersteht sie der Ablösung besser, allerdings auf Kosten von mehr Reibungswiderstand.
Was geschieht beim Ablösen der Grenzschicht?
Löst sich die Grenzschicht von der Oberfläche, bricht der Auftrieb ein und der Widerstand steigt stark an. Das markiert den Beginn des Strömungsabrisses.
Profil & Auftrieb
Profilgeometrie 2 min
Ein Tragflächenprofil ist kein Zufallsprodukt, sondern präzise vermessen. Die Profilsehne (chord) ist die gerade Verbindung von Nase zu Hinterkante, sie ist die Bezugslinie für den Anstellwinkel. Alle anderen Maße werden in Prozent der Sehnenlänge angegeben.
Die Wölbung (camber) beschreibt die Krümmung der Skelettlinie, also der Mittellinie zwischen Ober- und Unterseite. Ein gewölbtes Profil erzeugt bereits bei null Grad Anstellwinkel Auftrieb, weil es die Strömung schon von sich aus umlenkt. Ein symmetrisches Profil dagegen braucht erst einen positiven Anstellwinkel.
Zwei weitere Maße zählen: die relative Dicke als größter Abstand zwischen Ober- und Unterseite (in Prozent der Sehne) und der Nasenradius. Ein größerer Nasenradius lässt die Strömung bei höheren Anstellwinkeln länger anliegen und macht das Überziehen gutmütiger.
- Profilsehne: Nase zu Hinterkante, Bezugslinie für den Anstellwinkel
- Wölbung = Krümmung der Skelettlinie; gewölbtes Profil trägt schon bei 0° AoA
- Relative Dicke und Nasenradius in Prozent der Sehne
- Größerer Nasenradius = gutmütigeres Überziehen
Übungsfragen (3)
Was ist die Profilsehne?
Die Profilsehne verbindet Nase und Hinterkante gerade. Sie ist die Bezugslinie, gegen die der Anstellwinkel gemessen wird.
Welchen Vorteil hat ein gewölbtes gegenüber einem symmetrischen Profil?
Die Wölbung lenkt die Strömung von sich aus um, daher erzeugt ein gewölbtes Profil bereits bei null Grad Anstellwinkel Auftrieb. Ein symmetrisches Profil braucht dafür positiven Anstellwinkel.
Wie wirkt sich ein größerer Nasenradius aus?
Ein größerer Nasenradius lässt die Strömung bei höheren Anstellwinkeln länger anliegen, das Überziehen setzt dadurch sanfter und gutmütiger ein.
Wie Auftrieb entsteht 2 min
Auftrieb ist im Kern ein Druckunterschied. Über der Oberseite des Profils herrscht niedrigerer Druck, an der Unterseite höherer. Diese Druckdifferenz, aufsummiert über die ganze Fläche, ergibt die nach oben gerichtete Auftriebskraft. Die stärkste Sogwirkung sitzt dabei nahe der Nase auf der Oberseite.
Es gibt zwei Blickwinkel, die dasselbe beschreiben. Bernoulli betrachtet die Geschwindigkeit: Über der Oberseite strömt die Luft schneller, also ist der statische Druck dort niedriger. Newton betrachtet den Impuls: Das Profil lenkt die Luft nach unten ab, und als Gegenreaktion drückt es die Luft das Profil nach oben.
Beide Beschreibungen sind richtig und ergänzen sich, ein Profil beschleunigt die Strömung oben und lenkt sie zugleich nach unten ab. Falsch ist nur die oft gehörte Theorie der gleichen Laufzeit, wonach oben und unten getrennte Luftteilchen gleichzeitig hinten ankommen müssten. Das stimmt nicht und wird für die Erklärung nicht gebraucht.
- Auftrieb = Druckdifferenz: oben niedriger, unten höherer Druck
- Bernoulli: schnellere Oberseite → niedrigerer statischer Druck
- Newton: Ablenkung der Luft nach unten → Reaktionskraft nach oben
- Die Theorie der gleichen Laufzeit ist ein Irrtum
Übungsfragen (3)
Wo herrscht an einem auftrieberzeugenden Profil der niedrigere Druck?
Über der Oberseite ist der Druck niedriger, an der Unterseite höher. Diese Differenz ergibt aufsummiert die Auftriebskraft nach oben.
Wie erklärt der Newtonsche Blickwinkel den Auftrieb?
Nach Newton lenkt das Profil die Luft nach unten ab. Die Gegenreaktion auf diese Impulsänderung ist die nach oben gerichtete Auftriebskraft.
Welche verbreitete Auftriebserklärung ist falsch?
Die Theorie der gleichen Laufzeit, wonach getrennte Luftteilchen gleichzeitig hinten ankommen müssten, ist falsch und für die Erklärung des Auftriebs unnötig.
Der Auftriebsbeiwert 2 min
Der Auftriebsbeiwert cL ist eine dimensionslose Zahl, die alle Eigenschaften von Profilform und Anstellwinkel in einem Wert bündelt. Statt für jede Situation neu zu rechnen, beschreibt cL, wie gut das Profil bei einer gegebenen Anstellung Auftrieb erzeugt.
Entscheidend ist die Abhängigkeit vom Anstellwinkel: Mit steigendem Anstellwinkel wächst cL zunächst nahezu linear. Diese Gerade ist das Arbeitsgebiet des normalen Flugs. Sie steigt bis zum kritischen Anstellwinkel, wo cL seinen Höchstwert cLmax erreicht.
Wird der kritische Anstellwinkel überschritten, reißt die Strömung ab, cL bricht ein und der Auftrieb sinkt schlagartig. Wichtig: cL hängt nur von Profilform und Anstellwinkel ab, nicht von der Geschwindigkeit. Den Geschwindigkeitseinfluss trägt die Auftriebsgleichung separat.
- cL bündelt Profilform und Anstellwinkel in einer dimensionslosen Zahl
- cL steigt nahezu linear mit dem Anstellwinkel
- Maximum cLmax am kritischen Anstellwinkel, danach Abriss
- cL ist unabhängig von der Geschwindigkeit
Übungsfragen (3)
Wie verhält sich der Auftriebsbeiwert cL bei steigendem Anstellwinkel?
Bis zum kritischen Anstellwinkel wächst cL nahezu linear mit dem Anstellwinkel. Das ist der normale Arbeitsbereich des Flügels.
Was geschieht mit cL nach dem Überschreiten des kritischen Anstellwinkels?
Über dem kritischen Anstellwinkel reißt die Strömung ab. cL fällt schlagartig vom Maximum cLmax ab, der Auftrieb bricht ein.
Wovon ist der Auftriebsbeiwert cL unabhängig?
cL hängt von Profilform und Anstellwinkel ab, nicht von der Geschwindigkeit. Der Geschwindigkeitseinfluss steckt separat in der Auftriebsgleichung.
Die Auftriebsgleichung 2 min
Die Auftriebsgleichung fasst alles zusammen, was Auftrieb erzeugt: L = ½ · ρ · v² · S · cL. In Worten ist der Auftrieb das Produkt aus Luftdichte, dem Staudruckanteil mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, der Flügelfläche und dem Auftriebsbeiwert.
Der wichtigste Term ist die Geschwindigkeit, denn sie geht im Quadrat ein. Verdoppelt sich die Geschwindigkeit, vervierfacht sich bei gleichem Anstellwinkel der Auftrieb. Die Dichte ρ erklärt, warum Auftrieb in großer Höhe oder an heißen Tagen geringer ausfällt, und die Fläche S ist bei einem Flugzeug fest, solange keine Klappen ausgefahren sind.
Im stationären Horizontalflug muss der Auftrieb genau das Gewicht tragen, L ist gleich dem Gewicht. Wird das Flugzeug langsamer, sinkt v², also muss cL steigen, um den Auftrieb zu halten, der Pilot zieht die Nase höher, der Anstellwinkel wächst. Genau deshalb fliegt man langsam mit hohem Anstellwinkel, bis am kritischen Anstellwinkel Schluss ist, das ist die Überziehgeschwindigkeit.
- Auftriebsgleichung: L = ½ · ρ · v² · S · cL
- Geschwindigkeit geht im Quadrat ein (doppelt → vierfacher Auftrieb)
- Im Horizontalflug ist L gleich dem Gewicht
- Langsamer fliegen erfordert höheren Anstellwinkel (cL), bis zum Überziehen
Übungsfragen (3)
Wie lautet die Auftriebsgleichung?
Der Auftrieb ist L = ½ · ρ · v² · S · cL, also das Produkt aus halber Luftdichte, Geschwindigkeitsquadrat, Flügelfläche und Auftriebsbeiwert.
Was passiert mit dem Auftrieb, wenn sich die Geschwindigkeit bei gleichem Anstellwinkel verdoppelt?
Die Geschwindigkeit geht im Quadrat in die Auftriebsgleichung ein. Eine Verdopplung führt daher zum vierfachen Auftrieb.
Warum muss der Anstellwinkel steigen, wenn man langsamer fliegt?
Sinkt die Geschwindigkeit, wird v² kleiner. Um den Auftrieb gleich dem Gewicht zu halten, muss cL und damit der Anstellwinkel steigen, bis am kritischen Anstellwinkel überzogen wird.
Druckpunkt & aerodynamischer Mittelpunkt 2 min
Die verteilte Auftriebskraft lässt sich in einem einzigen Angriffspunkt zusammenfassen, dem Druckpunkt (Center of Pressure). Hier kann man sich den gesamten Auftrieb als eine Kraft vorstellen. Seine Lage entscheidet mit über das Momentengleichgewicht und damit die Längsstabilität.
Bei einem normal gewölbten Profil wandert der Druckpunkt mit dem Anstellwinkel: Bei kleinem Anstellwinkel liegt er weiter hinten, bei großem Anstellwinkel wandert er nach vorn. Diese Wanderung ist unbequem für die Stabilitätsbetrachtung, weil sich der Hebelarm ständig ändert.
Deshalb arbeitet man oft mit dem aerodynamischen Mittelpunkt (Neutralpunkt), meist bei rund einem Viertel der Sehne. Das ist der Punkt, um den das aerodynamische Moment bei Änderung des Anstellwinkels nahezu konstant bleibt. Er ist die feste Bezugsgröße für die Längsstabilität, die wir in Modul 7 vertiefen.
- Druckpunkt (CoP): Angriffspunkt der zusammengefassten Auftriebskraft
- Bei gewölbtem Profil wandert der Druckpunkt mit dem Anstellwinkel nach vorn (großer AoA)
- Aerodynamischer Mittelpunkt: Moment bleibt bei AoA-Änderung konstant
- Liegt meist bei rund 25 % der Sehne, feste Bezugsgröße für die Stabilität
Übungsfragen (3)
Was beschreibt der Druckpunkt (Center of Pressure)?
Der Druckpunkt ist der Punkt, in dem man sich die gesamte verteilte Auftriebskraft als eine einzige Kraft angreifend vorstellen kann.
Wie wandert der Druckpunkt eines gewölbten Profils bei steigendem Anstellwinkel?
Bei einem normal gewölbten Profil wandert der Druckpunkt mit steigendem Anstellwinkel nach vorn. Diese Wanderung erschwert die Stabilitätsbetrachtung.
Was zeichnet den aerodynamischen Mittelpunkt aus?
Der aerodynamische Mittelpunkt, meist bei rund 25 % der Sehne, ist der Punkt, um den das aerodynamische Moment bei Änderung des Anstellwinkels nahezu konstant bleibt.
Widerstand
Schädlicher (parasitärer) Widerstand 2 min
Schädlicher Widerstand ist alles, was bremst, ohne zur Auftriebserzeugung beizutragen. Man teilt ihn in drei Anteile. Der Formwiderstand entsteht durch die Form des Körpers und die Druckverteilung um ihn herum, ein flacher Bremsfallschirm hat viel davon, ein Tropfenprofil wenig.
Der Reibungswiderstand entsteht in der Grenzschicht direkt an der Oberfläche, wo die Luft an der Haut des Flugzeugs entlangstreicht. Glatte Oberflächen reduzieren ihn. Der Interferenzwiderstand schließlich entsteht an Übergängen, wo Strömungen sich stören, etwa am Übergang von Flügel zu Rumpf.
Das Entscheidende für die Praxis: Schädlicher Widerstand wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Doppelt so schnell heißt vierfacher schädlicher Widerstand. Deshalb dominiert er im schnellen Flug und bestimmt dort den Leistungsbedarf.
- Schädlicher Widerstand trägt nicht zum Auftrieb bei
- Drei Anteile: Formwiderstand, Reibungswiderstand, Interferenzwiderstand
- Wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit
- Dominiert im schnellen Flug
Übungsfragen (3)
Was kennzeichnet schädlichen (parasitären) Widerstand?
Schädlicher Widerstand bremst, ohne zur Auftriebserzeugung beizutragen. Dazu zählen Form-, Reibungs- und Interferenzwiderstand.
Wie verhält sich der schädliche Widerstand mit der Geschwindigkeit?
Schädlicher Widerstand wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, eine Verdopplung der Geschwindigkeit vervierfacht ihn. Daher dominiert er im schnellen Flug.
Welcher Anteil entsteht am Übergang von Flügel zu Rumpf?
Der Interferenzwiderstand entsteht dort, wo sich Strömungen gegenseitig stören, etwa am Übergang von Flügel zu Rumpf.
Induzierter Widerstand 2 min
Induzierter Widerstand ist der unvermeidliche Preis des Auftriebs. An den Flügelenden trifft der hohe Druck der Unterseite auf den niedrigen der Oberseite. Die Luft strömt um die Spitze herum von unten nach oben und rollt sich zu kräftigen Randwirbeln auf.
Diese Wirbel erzeugen hinter dem Flügel einen Abwind, der die anströmende Luft leicht nach unten kippt. Dadurch neigt sich auch der Auftriebsvektor nach hinten, und seine rückwärtsgerichtete Komponente ist genau der induzierte Widerstand.
Sein Verhalten ist das Spiegelbild des schädlichen Widerstands: Er ist im langsamen Flug mit hohem Anstellwinkel am größten, weil dort viel Auftrieb auf kleiner Geschwindigkeit erzeugt wird, und nimmt mit steigender Geschwindigkeit rasch ab. Im langsamen Steigflug und im Landeanflug ist er der dominierende Widerstand.
- Induzierter Widerstand ist die unvermeidliche Folge der Auftriebserzeugung
- Ursache: Randwirbel an den Flügelenden und der erzeugte Abwind
- Am größten bei langsamem Flug und hohem Anstellwinkel
- Nimmt mit steigender Geschwindigkeit ab
Übungsfragen (3)
Wodurch entsteht der induzierte Widerstand?
An den Flügelenden bilden sich Randwirbel, deren Abwind den Auftriebsvektor nach hinten kippt. Diese Rückwärtskomponente ist der induzierte Widerstand.
Wann ist der induzierte Widerstand am größten?
Im langsamen Flug mit hohem Anstellwinkel ist der induzierte Widerstand am größten. Mit steigender Geschwindigkeit nimmt er rasch ab.
In welcher Flugphase dominiert der induzierte Widerstand?
Bei niedriger Geschwindigkeit, also im langsamen Steigflug und im Landeanflug, ist der induzierte Widerstand der dominierende Anteil.
Gesamtwiderstand & Widerstandskurve 2 min
Der Gesamtwiderstand ist einfach die Summe aus schädlichem und induziertem Widerstand. Das Interessante ist, dass beide gegenläufig von der Geschwindigkeit abhängen, und genau dieses Zusammenspiel bestimmt, wie ein Flugzeug am besten geflogen wird.
Im langsamen Flug dominiert der induzierte Widerstand, er ist dort hoch und fällt mit zunehmender Geschwindigkeit. Im schnellen Flug dominiert der schädliche Widerstand, der mit der Geschwindigkeit stark ansteigt. Trägt man beide über der Geschwindigkeit auf, fällt die eine Kurve, während die andere steigt.
Die Summe beider bildet die Widerstandskurve mit einem deutlichen Minimum bei einer mittleren Geschwindigkeit. An diesem tiefsten Punkt ist der Gesamtwiderstand am kleinsten, dort liegen die wichtigen Geschwindigkeiten für effizientes Fliegen, die wir gleich genauer ansehen.
- Gesamtwiderstand = schädlicher + induzierter Widerstand
- Induziert fällt mit Geschwindigkeit, schädlich steigt mit Geschwindigkeit
- Die Summe hat ein Minimum bei mittlerer Geschwindigkeit
- Am Minimum liegen die Geschwindigkeiten für effizienten Flug
Übungsfragen (3)
Woraus setzt sich der Gesamtwiderstand zusammen?
Der Gesamtwiderstand ist die Summe aus schädlichem (parasitärem) und induziertem Widerstand.
Wie hängen die beiden Widerstandsarten von der Geschwindigkeit ab?
Der induzierte Widerstand fällt mit der Geschwindigkeit, der schädliche steigt. Diese Gegenläufigkeit erzeugt das Minimum der Gesamtkurve.
Was kennzeichnet das Minimum der Widerstandskurve?
Am Minimum der summierten Widerstandskurve ist der Gesamtwiderstand am geringsten. Hier liegen die Geschwindigkeiten für den effizientesten Flug.
Gleitzahl & bestes Gleiten 2 min
Die Gleitzahl ist das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand, kurz L/D. Sie ist das Maß für aerodynamische Effizienz: Ein Wert von 15 heißt, das Flugzeug erzeugt fünfzehnmal so viel Auftrieb wie Widerstand, und gleitet pro Höhenmeter rund fünfzehn Meter weit.
Das beste Verhältnis, L über D maximal, stellt sich genau bei der Geschwindigkeit minimalen Widerstands ein. Dort ist der Gleitwinkel am flachsten und die im Gleitflug zurückgelegte Strecke pro Höhenverlust am größten. Diese Geschwindigkeit ist die Best-Glide-Speed, die man bei Triebwerksausfall anstrebt.
Wichtig: Die beste Gleitstrecke hängt nur vom Verhältnis L/D ab, nicht vom Gewicht. Ein schwereres Flugzeug erreicht dieselbe Gleitstrecke, nur bei höherer Geschwindigkeit. Fliegt man schneller oder langsamer als die Best-Glide-Speed, verschlechtert sich die Gleitzahl und man kommt weniger weit.
- Gleitzahl = Auftrieb / Widerstand (L/D), Maß der Effizienz
- Bestes L/D bei der Geschwindigkeit minimalen Widerstands
- Dort flachster Gleitwinkel und größte Gleitstrecke (Best Glide)
- Gleitstrecke hängt von L/D ab, nicht vom Gewicht (Schwerere: gleiche Strecke, höhere Speed)
Übungsfragen (3)
Was beschreibt die Gleitzahl?
Die Gleitzahl ist das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand (L/D) und damit das Maß für die aerodynamische Effizienz.
Bei welcher Geschwindigkeit ist die Gleitstrecke am größten?
Die größte Gleitstrecke ergibt sich beim besten Verhältnis L/D, das genau bei der Geschwindigkeit minimalen Widerstands liegt.
Wie wirkt sich höheres Gewicht auf die beste Gleitstrecke aus?
Die beste Gleitstrecke hängt nur vom Verhältnis L/D ab, nicht vom Gewicht. Ein schwereres Flugzeug erreicht dieselbe Strecke, fliegt sie aber bei höherer Geschwindigkeit.
Geschwindigkeiten für Reichweite & Flugdauer 2 min
Aus der Widerstandskurve lassen sich zwei zentrale Geschwindigkeiten ablesen. Die Geschwindigkeit minimalen Widerstands, Vmd, liegt am tiefsten Punkt der Widerstandskurve. Hier ist das Verhältnis L/D am besten, das bedeutet beste Gleitstrecke und für ein Strahlflugzeug die größte Reichweite.
Etwas langsamer liegt die Geschwindigkeit minimaler Leistung, Vmp. Hier ist nicht der Widerstand, sondern der Leistungsbedarf am geringsten. Das ergibt die längste Flugdauer und für ein Propellerflugzeug das beste Steigen, weil dort der größte Leistungsüberschuss zur Verfügung steht.
Unterhalb von Vmd liegt die sogenannte Rückseite der Leistungskurve. Dort führt langsameres Fliegen paradoxerweise zu höherem Widerstand und damit höherem Schubbedarf. Dieser Bereich ist beim langsamen Anflug tückisch, weil die Maschine träge auf Geschwindigkeitsverlust reagiert und mehr Leistung braucht, um langsamer zu werden.
- Vmd (minimaler Widerstand): bestes L/D, beste Gleitstrecke und Jet-Reichweite
- Vmp (minimale Leistung): langsamer als Vmd, längste Flugdauer und bestes Steigen (Prop)
- Unter Vmd liegt die Rückseite der Leistungskurve
- Dort erhöht langsameres Fliegen den Widerstand und den Schubbedarf
Übungsfragen (3)
Was bedeutet die Geschwindigkeit Vmd (minimaler Widerstand)?
Bei Vmd ist der Gesamtwiderstand minimal und das Verhältnis L/D am besten. Das ergibt die beste Gleitstrecke und für Jets die größte Reichweite.
Wofür steht die Geschwindigkeit Vmp?
Bei Vmp ist der Leistungsbedarf am geringsten. Das ergibt die längste Flugdauer und für Propellerflugzeuge das beste Steigen. Vmp liegt langsamer als Vmd.
Was ist an der Rückseite der Leistungskurve (unterhalb Vmd) besonders?
Unterhalb von Vmd nimmt der Widerstand bei weiterer Verlangsamung wieder zu. Man braucht dort mehr Schub, um langsamer zu werden, was den Bereich im Anflug tückisch macht.
Die Tragfläche
Streckung (Aspect Ratio) 2 min
Die Streckung beschreibt, wie lang und schmal ein Flügel ist. Sie ist das Verhältnis der Spannweite zur mittleren Flügeltiefe, gleichbedeutend mit dem Quadrat der Spannweite geteilt durch die Flügelfläche. Ein Segelflugzeug hat eine hohe Streckung, ein Kunstflug- oder Jagdflugzeug eine niedrige.
Der entscheidende Vorteil hoher Streckung ist weniger induzierter Widerstand. Bei einem langen, schmalen Flügel beeinflussen die Randwirbel anteilig einen kleineren Teil der Spannweite, der schädliche Abwind verteilt sich günstiger. Deshalb segeln Hochleistungssegler so effizient.
Der Preis dafür ist struktureller Natur: Ein langer, schlanker Flügel braucht mehr Festigkeit, biegt sich stärker und macht das Flugzeug träger um die Rollachse. Konstruktion ist also immer ein Kompromiss zwischen aerodynamischer Effizienz und struktureller wie steuerungstechnischer Praxistauglichkeit.
- Streckung = Spannweite / mittlere Tiefe (= Spannweite² / Fläche)
- Hohe Streckung = langer, schmaler Flügel (Segelflugzeug)
- Hohe Streckung reduziert den induzierten Widerstand
- Nachteile: schwerere Struktur, trägere Rollachse
Übungsfragen (3)
Wie ist die Streckung definiert?
Die Streckung ist das Verhältnis von Spannweite zu mittlerer Flügeltiefe, gleichbedeutend mit Spannweite² geteilt durch Flügelfläche.
Welchen aerodynamischen Vorteil bietet eine hohe Streckung?
Hohe Streckung reduziert den induzierten Widerstand, weil die Randwirbel anteilig einen kleineren Teil des Flügels beeinflussen. Deshalb sind Segelflugzeuge so effizient.
Welcher Nachteil ist mit hoher Streckung verbunden?
Ein langer, schlanker Flügel braucht mehr Festigkeit, biegt sich stärker und macht das Flugzeug träger um die Rollachse. Das ist der Preis der Effizienz.
Flügelformen im Grundriss 2 min
Die Form des Flügels im Grundriss bestimmt, wie sich Auftrieb über die Spannweite verteilt und wie der Flügel überzieht. Der elliptische Flügel, berühmt von der Spitfire, hat die theoretisch ideale, gleichmäßige Auftriebsverteilung und damit den geringsten induzierten Widerstand, ist aber aufwändig und teuer zu fertigen.
Der Rechteckflügel ist das Gegenteil: einfach und billig zu bauen. Sein großer Vorteil liegt im Abrissverhalten, er überzieht zuerst an der Flügelwurzel, sodass die äußeren Querruder wirksam bleiben und das Schütteln frühzeitig warnt. Der Trapezflügel verbindet brauchbare Aerodynamik mit vertretbarem Bauaufwand und ist ein verbreiteter Kompromiss.
Der gepfeilte Flügel schließlich ist für hohe Geschwindigkeiten gemacht. Die Pfeilung verzögert das Auftreten von Verdichtungsstößen und erlaubt höhere Reiseflugmachzahlen, bringt aber bei niedriger Geschwindigkeit ungünstiges Abrissverhalten mit, dem konstruktiv begegnet werden muss.
- Elliptisch: ideale Auftriebsverteilung, minimaler induzierter Widerstand, teuer
- Rechteck: billig, gutmütiger Wurzelabriss (Querruder bleiben wirksam)
- Trapez: praktischer Kompromiss
- Pfeilung: für hohe Geschwindigkeiten, verzögert Verdichtungsstöße
Übungsfragen (3)
Welche Flügelform hat die theoretisch ideale Auftriebsverteilung?
Der elliptische Flügel hat die gleichmäßigste Auftriebsverteilung und damit den geringsten induzierten Widerstand, ist aber teuer zu fertigen.
Was ist der wesentliche Vorteil des Rechteckflügels?
Der Rechteckflügel ist billig und überzieht zuerst an der Wurzel. Dadurch bleiben die äußeren Querruder wirksam und das Schütteln warnt frühzeitig.
Wofür wird die Flügelpfeilung eingesetzt?
Die Pfeilung verzögert das Auftreten von Verdichtungsstößen und ermöglicht höhere Reisemachzahlen, verschlechtert aber das Abrissverhalten bei niedriger Geschwindigkeit.
Randwirbel & Winglets 2 min
Randwirbel sind die unvermeidliche Begleiterscheinung des Auftriebs und verursachen induzierten Widerstand. Es lohnt sich, sie einzudämmen, und genau das leisten Winglets, die nach oben gebogenen Flächen an den Flügelenden. Sie behindern das Umströmen der Spitze von unten nach oben und schwächen den Wirbel ab.
Das Ergebnis ist ein spürbar reduzierter induzierter Widerstand und damit Treibstoffersparnis im Reiseflug, weshalb moderne Verkehrsflugzeuge fast durchweg Winglets tragen. Auch eine hohe Streckung und eine Zuspitzung des Flügels zur Spitze hin wirken in dieselbe Richtung.
Die Randwirbel haben noch eine zweite, sicherheitsrelevante Seite: Hinter großen, schweren Flugzeugen bilden sie kräftige Wirbelschleppen, die für nachfolgende, kleinere Flugzeuge gefährlich sind. Deshalb gibt es vorgeschriebene Staffelungsabstände nach Wirbelschleppenkategorien, besonders bei Start und Landung.
- Winglets behindern das Umströmen der Spitze und schwächen die Randwirbel
- Folge: weniger induzierter Widerstand, Treibstoffersparnis
- Auch hohe Streckung und Zuspitzung reduzieren Randwirbel
- Wirbelschleppen hinter großen Flugzeugen erfordern Staffelungsabstände
Übungsfragen (3)
Wie reduzieren Winglets den Widerstand?
Winglets behindern das Umströmen der Flügelspitze von unten nach oben. Der abgeschwächte Randwirbel bedeutet weniger induzierten Widerstand und Treibstoffersparnis.
Was reduziert ebenfalls die Randwirbel?
Neben Winglets wirken auch eine hohe Streckung und eine Zuspitzung des Flügels zur Spitze hin günstig auf die Randwirbel und den induzierten Widerstand.
Warum gibt es Staffelungsabstände nach Wirbelschleppenkategorien?
Hinter großen, schweren Flugzeugen bilden die Randwirbel kräftige Wirbelschleppen. Für nachfolgende kleinere Flugzeuge sind sie gefährlich, daher die vorgeschriebenen Abstände.
Abrissverhalten der Tragfläche 2 min
Nicht nur ob, sondern wo ein Flügel zuerst überzieht, entscheidet über die Sicherheit. Der erwünschte Fall ist ein Abriss, der an der Flügelwurzel beginnt und sich erst dann nach außen ausbreitet. Dann bleiben die weiter außen liegenden Querruder im noch anliegenden Bereich wirksam, der Pilot behält die Rollkontrolle, und das Schütteln der abgelösten Strömung warnt rechtzeitig.
Der gefährliche Fall ist der Spitzenabriss. Reißt die Strömung zuerst außen ab, verliert man genau dort die Querruderwirkung und das Flugzeug neigt dazu, über eine Tragfläche abzukippen. Besonders gepfeilte Flügel neigen von sich aus zu diesem Verhalten.
Konstrukteure erzwingen deshalb den Wurzelabriss mit gezielten Mitteln. Die geometrische Schränkung verdreht den Flügel so, dass die Spitze einen kleineren Anstellwinkel hat als die Wurzel und damit später überzieht. Stall-Strips an der Wurzel lösen dort den Abriss bewusst zuerst aus. So bleibt das Überziehen gutmütig und beherrschbar.
- Wurzelabriss erwünscht: Querruder bleiben wirksam, Schütteln warnt
- Spitzenabriss gefährlich: Verlust der Rollkontrolle, Abkippen über den Flügel
- Gepfeilte Flügel neigen zum Spitzenabriss
- Gegenmittel: geometrische Schränkung und Stall-Strips erzwingen Wurzelabriss
Übungsfragen (3)
Warum ist ein Abriss zuerst an der Flügelwurzel erwünscht?
Beim Wurzelabriss bleibt die Strömung außen länger anliegen, die Querruder bleiben wirksam und das Schütteln warnt frühzeitig. Der Pilot behält die Rollkontrolle.
Was ist die Gefahr beim Spitzenabriss?
Reißt die Spitze zuerst ab, verliert man dort die Querruderwirkung und das Flugzeug neigt zum Abkippen über den Flügel. Gepfeilte Flügel neigen dazu.
Wie erzwingen Konstrukteure einen gutmütigen Wurzelabriss?
Die geometrische Schränkung gibt der Spitze einen kleineren Anstellwinkel, sodass sie später überzieht. Stall-Strips lösen den Abriss bewusst zuerst an der Wurzel aus.
Überziehen & Auftriebshilfen
Grenzschicht & Strömungsablösung 2 min
Die Grenzschicht, die hauchdünne Luftschicht an der Oberfläche, verliert auf ihrem Weg nach hinten ständig Energie durch Reibung. Solange genügend Energie da ist, folgt sie der Kontur des Profils. Reicht sie nicht mehr, löst sie sich von der Oberfläche, und die Strömung reißt ab.
Mit steigendem Anstellwinkel wird das schwieriger. Auf der Oberseite muss die Strömung hinter der Saugspitze gegen einen zunehmenden Druckanstieg anlaufen, sie strömt sozusagen bergauf. Je größer der Anstellwinkel, desto steiler dieser Druckanstieg und desto eher geht der Grenzschicht die Energie aus.
Die Ablösung beginnt typischerweise hinten am Profil und wandert mit weiter steigendem Anstellwinkel nach vorn. Ist ein kritischer Punkt erreicht, löst sich die Strömung großflächig, der Auftrieb bricht zusammen. Genau dieser Vorgang ist der Strömungsabriss.
- Grenzschicht verliert nach hinten Energie durch Reibung
- Hoher Anstellwinkel erzeugt einen steilen Druckanstieg auf der Oberseite
- Reicht die Energie nicht, löst sich die Strömung ab
- Die Ablösung beginnt hinten und wandert mit steigendem AoA nach vorn
Übungsfragen (3)
Warum löst sich die Grenzschicht bei hohem Anstellwinkel ab?
Bei hohem Anstellwinkel muss die Grenzschicht gegen einen steilen Druckanstieg auf der Oberseite anlaufen. Reicht ihre Energie nicht, löst sie sich ab.
Wo beginnt die Strömungsablösung typischerweise?
Die Ablösung beginnt meist hinten am Profil und wandert mit weiter steigendem Anstellwinkel nach vorn.
Was ist die Folge, wenn sich die Strömung großflächig ablöst?
Löst sich die Strömung großflächig ab, bricht der Auftrieb zusammen. Dieser Vorgang ist der Strömungsabriss.
Der Strömungsabriss (Stall) 2 min
Der wichtigste Satz zum Überziehen lautet: Ein Flügel überzieht immer beim selben Anstellwinkel, dem kritischen Anstellwinkel. Das gilt unabhängig von Geschwindigkeit, Gewicht, Fluglage oder Schräglage. Man kann auch im Sturzflug mit hoher Geschwindigkeit überziehen, wenn man nur ruckartig genug zieht.
Beim Überschreiten dieses Winkels löst sich die Strömung großflächig, der Auftriebsbeiwert fällt von seinem Maximum cLmax steil ab. Auftrieb und ein großer Teil der Steuerwirkung gehen verloren, oft begleitet von Schütteln und einem Absacken der Nase.
Die Erholung folgt zwingend aus der Ursache: Da der Abriss vom Anstellwinkel kommt, hilft nur, den Anstellwinkel zu verringern, also die Nase zu senken und die Strömung wieder anlegen zu lassen. Mehr Leistung allein behebt einen Stall nicht, entscheidend ist der Anstellwinkel.
- Abriss immer beim kritischen Anstellwinkel, unabhängig von Geschwindigkeit/Lage
- cL fällt vom Maximum cLmax steil ab
- Auftrieb und Steuerwirkung gehen verloren, Schütteln als Warnung
- Erholung: Anstellwinkel verringern (Nase senken)
Übungsfragen (3)
Bei welchem Anstellwinkel überzieht ein Flügel?
Ein Flügel überzieht stets beim selben kritischen Anstellwinkel, unabhängig von Geschwindigkeit, Gewicht oder Fluglage.
Kann ein Flugzeug auch bei hoher Geschwindigkeit überziehen?
Ja. Da der Abriss am Anstellwinkel hängt, kann man auch bei hoher Geschwindigkeit überziehen, etwa durch ruckartiges Ziehen im Sturzflug.
Wie erholt man sich aus einem Strömungsabriss?
Da der Abriss vom Anstellwinkel kommt, muss man diesen verringern, also die Nase senken, damit die Strömung wieder anliegt. Leistung allein behebt den Stall nicht.
Überziehgeschwindigkeit & ihre Einflüsse 2 min
Obwohl der Abriss am Anstellwinkel hängt, gibt es für einen gegebenen Zustand eine Überziehgeschwindigkeit Vs, die Geschwindigkeit, bei der im geraden 1g-Flug der kritische Anstellwinkel erreicht wird. Sie ist die praktische Grenze nach unten und keine feste Zahl, sondern verschiebt sich mit den Bedingungen.
Vs steigt mit höherem Gewicht, weil mehr Auftrieb gebraucht wird, und mit vorderer Schwerpunktlage. Vor allem aber steigt sie mit dem Lastvielfachen: In einer Kurve oder beim Abfangen muss der Flügel ein Vielfaches des Gewichts tragen. Die Überziehgeschwindigkeit wächst mit der Wurzel des Lastvielfachen.
Konkret: In einer Kurve mit 60 Grad Schräglage wirkt das doppelte Gewicht (2g), die Überziehgeschwindigkeit steigt um den Faktor Wurzel zwei, also rund 1,41. Umgekehrt senken ausgefahrene Klappen die Überziehgeschwindigkeit, weil sie cLmax erhöhen. Deshalb sind enge, steile Kurven bei niedriger Geschwindigkeit gefährlich.
- Vs: Geschwindigkeit, bei der im 1g-Flug der kritische Anstellwinkel erreicht wird
- Vs steigt mit Gewicht, vorderer Schwerpunktlage und Lastvielfachem
- Vs wächst mit der Wurzel des Lastvielfachen (60°-Kurve: ×1,41)
- Klappen senken Vs, weil sie cLmax erhöhen
Übungsfragen (3)
Was erhöht die Überziehgeschwindigkeit Vs?
Vs steigt mit höherem Gewicht, vorderer Schwerpunktlage und vor allem mit dem Lastvielfachen. Klappen senken Vs dagegen.
Um welchen Faktor steigt Vs in einer Kurve mit 60° Schräglage?
Bei 60° Schräglage wirken 2g. Da Vs mit der Wurzel des Lastvielfachen wächst, steigt sie um den Faktor Wurzel zwei, also rund 1,41.
Wie wirken ausgefahrene Klappen auf die Überziehgeschwindigkeit?
Klappen erhöhen den maximalen Auftriebsbeiwert cLmax. Dadurch wird der kritische Anstellwinkel schon bei niedrigerer Geschwindigkeit erreicht, Vs sinkt.
Auftriebshilfen: Klappen 2 min
Klappen (Flaps) sitzen an der Hinterkante und sind die wichtigsten Auftriebshilfen für Start und Landung. Ihr Grundprinzip ist, die Wölbung des Profils zu erhöhen, manche vergrößern zusätzlich die Flügelfläche. Beides hebt den maximalen Auftriebsbeiwert cLmax an.
Der praktische Nutzen: Ein höheres cLmax senkt die Überziehgeschwindigkeit, erlaubt langsamere und damit kürzere Starts und Landungen und einen steileren Anflugwinkel, ohne schneller zu werden. Der Preis ist mehr Widerstand, besonders bei großen Klappenstellungen, was bei der Landung sogar erwünscht ist, beim Start aber dosiert wird.
Es gibt verschiedene Bauarten mit steigender Wirkung: die einfache Klappe, die Spaltklappe, die zusätzlich einen energiereichen Luftstrom über die Klappe leitet, und die Fowler-Klappe, die nach hinten ausfährt und damit Fläche und Wölbung zugleich vergrößert. Die Fowler-Klappe ist die wirksamste und an Verkehrsflugzeugen verbreitet.
- Klappen erhöhen die Wölbung, teils die Fläche, und heben cLmax
- Folge: niedrigere Überziehgeschwindigkeit, kürzere Strecken, steilerer Anflug
- Preis: mehr Widerstand (bei der Landung erwünscht)
- Fowler-Klappe (Fläche + Wölbung) ist die wirksamste Bauart
Übungsfragen (3)
Was bewirken Klappen aerodynamisch in erster Linie?
Klappen erhöhen die Wölbung, manche auch die Fläche, und heben dadurch den maximalen Auftriebsbeiwert cLmax an.
Welcher Nutzen ergibt sich aus dem höheren cLmax durch Klappen?
Das höhere cLmax senkt die Überziehgeschwindigkeit und erlaubt langsamere, kürzere Starts und Landungen sowie einen steileren Anflug.
Welche Klappenbauart ist die wirksamste?
Die Fowler-Klappe fährt nach hinten aus und vergrößert Fläche und Wölbung zugleich. Sie ist die wirksamste Bauart und an Verkehrsflugzeugen verbreitet.
Vorflügel & Grenzschichtbeeinflussung 2 min
Während Klappen an der Hinterkante arbeiten, sitzen Vorflügel (Slats) und Spalte (Slots) an der Vorderkante. Ihr Trick ist anders: Sie führen energiereiche Luft von der Unterseite durch einen Spalt auf die Oberseite und blasen damit die ermüdende Grenzschicht neu an.
Mit frischer Energie bleibt die Grenzschicht länger an der Oberfläche haften und löst sich erst bei größerem Anstellwinkel ab. Vorflügel erhöhen also den kritischen Anstellwinkel und damit auch cLmax, ohne die Wölbung wie eine Klappe zu verändern.
In Kombination ergänzen sich beide ideal: Klappen heben cLmax durch mehr Wölbung, Vorflügel verschieben zusätzlich den kritischen Anstellwinkel nach oben. Erst dieses Zusammenspiel erlaubt großen Verkehrsflugzeugen die sehr hohen Anstellwinkel und niedrigen Geschwindigkeiten bei Start und Landung.
- Vorflügel/Slats an der Vorderkante führen energiereiche Luft auf die Oberseite
- Die Grenzschicht bleibt länger anliegend, der Abriss verzögert sich
- Folge: höherer kritischer Anstellwinkel und höheres cLmax
- Slats plus Flaps ermöglichen hohe Anstellwinkel und Langsamflug großer Jets
Übungsfragen (3)
Wie wirken Vorflügel (Slats)?
Vorflügel leiten energiereiche Luft von unten durch einen Spalt auf die Oberseite. Die neu angeblasene Grenzschicht bleibt länger haften.
Welchen Effekt haben Vorflügel auf den kritischen Anstellwinkel?
Da die Grenzschicht länger anliegt, reißt die Strömung erst bei größerem Anstellwinkel ab. Vorflügel erhöhen also den kritischen Anstellwinkel und cLmax.
Warum werden Slats und Flaps kombiniert eingesetzt?
Klappen heben cLmax durch mehr Wölbung, Vorflügel verschieben den kritischen Anstellwinkel nach oben. Zusammen ermöglichen sie hohe Anstellwinkel und niedrige Geschwindigkeiten.
Die vier Kräfte & Gleichgewicht
Die vier Kräfte 2 min
Auf jedes Flugzeug im Flug wirken vier Grundkräfte. Der Auftrieb zieht nach oben, das Gewicht nach unten, der Schub treibt nach vorn, der Widerstand bremst nach hinten. Das Verständnis ihres Zusammenspiels ist die Grundlage der gesamten Flugmechanik.
Im stationären, unbeschleunigten Geradeausflug heben sich die Kräfte paarweise auf: Der Auftrieb ist gleich dem Gewicht, und der Schub ist gleich dem Widerstand. Das Flugzeug hält dann Höhe und Geschwindigkeit konstant, alle Kräfte sind im Gleichgewicht.
Kippt das Gleichgewicht, ändert sich der Flugzustand. Mehr Schub als Widerstand beschleunigt oder lässt steigen, mehr Widerstand als Schub verzögert, mehr Auftrieb als Gewicht hebt, weniger lässt sinken. Jedes Manöver lässt sich auf eine gezielte Störung dieses Kräftegleichgewichts zurückführen.
- Vier Kräfte: Auftrieb (oben), Gewicht (unten), Schub (vorn), Widerstand (hinten)
- Stationärer Geradeausflug: Auftrieb = Gewicht, Schub = Widerstand
- Ungleichgewicht ändert Geschwindigkeit oder Höhe
- Jedes Manöver ist eine gezielte Störung des Gleichgewichts
Übungsfragen (3)
Welche vier Grundkräfte wirken auf ein Flugzeug?
Auf jedes Flugzeug wirken Auftrieb, Gewicht, Schub und Widerstand. Ihr Zusammenspiel bestimmt den Flugzustand.
Welche Bedingung gilt im stationären, unbeschleunigten Geradeausflug?
Im stationären Geradeausflug heben sich die Kräfte paarweise auf: Auftrieb gleich Gewicht, Schub gleich Widerstand. Höhe und Geschwindigkeit bleiben konstant.
Was passiert, wenn der Schub den Widerstand übersteigt?
Überwiegt der Schub den Widerstand, beschleunigt das Flugzeug oder kann steigen. Das Kräftegleichgewicht ist gestört.
Momente um die Querachse 2 min
Die vier Kräfte greifen nicht alle im selben Punkt an, deshalb erzeugen sie zusätzlich Drehmomente, vor allem um die Querachse, also das Nicken. Für ruhigen Flug muss nicht nur die Summe der Kräfte, sondern auch die Summe der Momente null sein.
Typischerweise liegt der Angriffspunkt des Auftriebs etwas hinter dem Schwerpunkt. Dadurch entsteht ein kopflastiges Moment, das die Nase nach unten drücken will. Damit das Flugzeug nicht ständig nach vorn kippt, braucht es eine Gegenkraft am Heck.
Diese liefert das Höhenleitwerk, das bei den meisten Bauarten eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt und so die Nase oben hält. Über einen langen Hebelarm reicht dafür eine vergleichsweise kleine Kraft. Verändert sich die Lastverteilung, ändert sich dieses Momentengleichgewicht, was direkt zur Bedeutung des Schwerpunkts führt.
- Kräfte an verschiedenen Punkten erzeugen Nickmomente um die Querachse
- Für ruhigen Flug muss auch die Summe der Momente null sein
- Auftrieb meist hinter dem Schwerpunkt → kopflastiges Moment
- Höhenleitwerk erzeugt meist Abtrieb und hält über langen Hebelarm die Nase oben
Übungsfragen (3)
Warum erzeugen die vier Kräfte Drehmomente?
Da die Kräfte an unterschiedlichen Punkten angreifen, entstehen Hebelarme und damit Drehmomente, vor allem um die Querachse (Nicken).
Welche Aufgabe hat das Höhenleitwerk im Momentengleichgewicht?
Das Höhenleitwerk erzeugt bei den meisten Bauarten einen Abtrieb. Über den langen Hebelarm gleicht diese Kraft das kopflastige Moment des Auftriebs aus.
Was muss für ruhigen Flug zusätzlich zur Kräftesumme gelten?
Neben dem Kräftegleichgewicht muss auch die Summe aller Drehmomente null sein, sonst nickt das Flugzeug auf oder ab.
Der Schwerpunkt (CG) 2 min
Der Schwerpunkt (Center of Gravity, CG) ist der Punkt, in dem die gesamte Masse des Flugzeugs als ausbalanciert gedacht werden kann. Seine Lage entlang der Längsachse ist für Stabilität und Steuerbarkeit entscheidend und muss innerhalb festgelegter vorderer und hinterer Grenzen liegen.
Ein vorderer Schwerpunkt macht das Flugzeug stabiler, weil der Hebelarm zum Höhenleitwerk groß ist. Der Preis sind höhere Steuerkräfte, ein höherer Trimmwiderstand und eine etwas höhere Überziehgeschwindigkeit. Bei zu weit vornliegendem Schwerpunkt reicht das Höhenruder womöglich nicht mehr aus, um die Nase beim Landen zu heben.
Ein hinterer Schwerpunkt macht das Flugzeug wendiger und reduziert Steuerkräfte und Trimmwiderstand, verringert aber die Stabilität. Liegt er hinter der zulässigen Grenze, kann das Flugzeug instabil und im Extremfall nicht mehr beherrschbar werden. Die Beladung verschiebt den Schwerpunkt, weshalb die Schwerpunktrechnung vor jedem Flug Pflicht ist.
- CG: Punkt, in dem die Gesamtmasse ausbalanciert ist
- Muss zwischen vorderer und hinterer Grenze liegen
- Vorderer CG: stabiler, höhere Steuerkräfte und Vs
- Hinterer CG: wendiger, aber weniger stabil; hinter der Grenze gefährlich
Übungsfragen (3)
Was ist der Schwerpunkt (CG) eines Flugzeugs?
Der Schwerpunkt ist der Punkt, in dem die gesamte Masse als ausbalanciert gedacht werden kann. Seine Lage ist entscheidend für Stabilität und Steuerbarkeit.
Wie wirkt sich ein vorderer Schwerpunkt aus?
Ein vorderer Schwerpunkt erhöht die Stabilität, bringt aber höhere Steuerkräfte, mehr Trimmwiderstand und eine höhere Überziehgeschwindigkeit mit sich.
Welche Gefahr besteht bei einem zu weit hinten liegenden Schwerpunkt?
Liegt der Schwerpunkt hinter der zulässigen Grenze, sinkt die Stabilität stark. Das Flugzeug kann instabil und im Extremfall nicht mehr beherrschbar werden.
Trimmung 2 min
Trimmung befreit den Piloten davon, dauerhaft Druck auf die Steuerung halten zu müssen. Ohne sie müsste man in vielen Flugzuständen ständig ziehen oder drücken, was ermüdet und unpräzise ist. Die Trimmung nimmt diese Dauerkraft ab.
Technisch geschieht das über eine kleine Trimmklappe an der Steuerfläche oder ein verstellbares Höhenleitwerk. Sie hält die Steuerfläche in der gewünschten Auslenkung, sodass das Flugzeug die eingestellte Lage von selbst beibehält und die Steuerkraft am Knüppel auf null geht.
Wichtig ist die Logik dahinter: Man trimmt immer für eine bestimmte Geschwindigkeit, was gleichbedeutend mit einem bestimmten Anstellwinkel ist. Ändert sich Leistung, Konfiguration oder Geschwindigkeit, stimmt die Trimmung nicht mehr und muss neu gesetzt werden. Sauberes Fliegen heißt, nach jeder Änderung nachzutrimmen.
- Trimmung nimmt die Dauerkraft von der Steuerung
- Technisch über Trimmklappe oder verstellbares Höhenleitwerk
- Man trimmt für eine bestimmte Geschwindigkeit (Anstellwinkel)
- Nach jeder Leistungs- oder Konfigurationsänderung neu trimmen
Übungsfragen (3)
Wozu dient die Trimmung?
Die Trimmung hält die Steuerfläche in der gewünschten Stellung, sodass das Flugzeug die Lage selbst beibehält und der Pilot keinen Dauerdruck halten muss.
Worauf trimmt man ein Flugzeug?
Man trimmt für eine bestimmte Geschwindigkeit, was einem bestimmten Anstellwinkel entspricht. Das Flugzeug hält diese dann ohne Steuerdruck.
Wann muss neu getrimmt werden?
Ändert sich Leistung, Konfiguration oder Geschwindigkeit, stimmt die Trimmung nicht mehr. Sauberes Fliegen bedeutet, nach jeder Änderung nachzutrimmen.
Stabilität & Steuerung
Statische & dynamische Stabilität 2 min
Stabilität beschreibt, wie ein Flugzeug auf eine Störung reagiert, etwa eine Böe. Man trennt zwei Ebenen. Die statische Stabilität ist die unmittelbare erste Reaktion: Kehrt das Flugzeug von sich aus zur Ausgangslage zurück (positiv), bleibt es in der neuen Lage (neutral) oder entfernt es sich weiter (negativ)?
Das klassische Bild ist die Kugel: In einer Mulde rollt sie zurück (positiv stabil), auf einer Kuppe rollt sie weg (instabil), auf ebener Fläche bleibt sie liegen (neutral). Die meisten Flugzeuge sind bewusst statisch positiv stabil ausgelegt.
Die dynamische Stabilität betrachtet den Verlauf über die Zeit. Selbst ein statisch stabiles Flugzeug schwingt nach einer Störung meist um die Ausgangslage. Klingen diese Schwingungen ab, ist es dynamisch stabil. Wachsen sie an, ist es dynamisch instabil, obwohl es statisch stabil sein kann. Erst beide zusammen ergeben angenehmes, sicheres Flugverhalten.
- Statische Stabilität: erste Reaktion (positiv / neutral / negativ)
- Bild: Kugel in Mulde (stabil), auf Kuppe (instabil), auf Ebene (neutral)
- Dynamische Stabilität: Verhalten über die Zeit (Schwingung gedämpft oder aufklingend)
- Ein Flugzeug kann statisch stabil, aber dynamisch instabil sein
Übungsfragen (3)
Was beschreibt die statische Stabilität?
Die statische Stabilität ist die unmittelbare erste Reaktion nach einer Störung: zurück zur Ausgangslage (positiv), verharren (neutral) oder weiter weg (negativ).
Was bedeutet dynamische Instabilität?
Dynamisch instabil heißt, dass die Schwingungen um die Ausgangslage mit der Zeit anwachsen, statt abzuklingen.
Welche Aussage ist möglich?
Ein Flugzeug kann statisch stabil sein (kehrt zunächst zurück) und dennoch dynamisch instabil, wenn die Schwingungen mit der Zeit anwachsen.
Längsstabilität 2 min
Die Längsstabilität ist die Stabilität um die Querachse, also das Nickverhalten, und sie ist die wichtigste der drei. Sie sorgt dafür, dass das Flugzeug nach einer Störung seinen Anstellwinkel und damit seine Geschwindigkeit von selbst beibehält.
Der Schlüssel ist die Lage des Schwerpunkts relativ zum Neutralpunkt des Gesamtflugzeugs. Liegt der Schwerpunkt vor dem Neutralpunkt, ist das Flugzeug längsstabil: Eine Störung erzeugt ein rückstellendes Moment. Je weiter vorn der Schwerpunkt, desto größer dieser Abstand und desto stabiler das Flugzeug.
Die rückstellende Wirkung liefert das Höhenleitwerk. Ändert eine Böe den Anstellwinkel, ändert sich auch die Kraft am Leitwerk und erzeugt über den langen Hebelarm ein Moment, das die Nase zurückdreht. Liegt der Schwerpunkt dagegen hinter dem Neutralpunkt, kehrt sich das um und das Flugzeug wird längsinstabil.
- Längsstabilität = Stabilität um die Querachse (Nicken), die wichtigste
- Schwerpunkt vor dem Neutralpunkt = längsstabil
- Je weiter vorn der Schwerpunkt, desto stabiler
- Das Höhenleitwerk liefert das rückstellende Nickmoment
Übungsfragen (3)
Um welche Achse wirkt die Längsstabilität?
Die Längsstabilität betrifft das Nickverhalten um die Querachse. Sie hält Anstellwinkel und Geschwindigkeit nach einer Störung stabil.
Welche Schwerpunktlage macht ein Flugzeug längsstabil?
Liegt der Schwerpunkt vor dem Neutralpunkt, erzeugt eine Störung ein rückstellendes Moment, das Flugzeug ist längsstabil. Je weiter vorn, desto stabiler.
Welches Bauteil liefert das rückstellende Nickmoment?
Das Höhenleitwerk erzeugt bei einer Anstellwinkeländerung über den langen Hebelarm ein Moment, das die Nase zurückdreht.
Quer- & Richtungsstabilität 2 min
Die Querstabilität wirkt um die Längsachse, also gegen ungewolltes Rollen. Ihre Hauptquelle ist die V-Stellung der Flügel (Dihedral). Gerät das Flugzeug ins Schieben, trifft die Strömung den tieferliegenden Flügel unter einem etwas größeren Anstellwinkel, er erzeugt mehr Auftrieb und rollt das Flugzeug zurück in die Horizontale.
Die Richtungsstabilität wirkt um die Hochachse, also gegen ungewolltes Gieren. Sie kommt vom Seitenleitwerk, das wie eine Windfahne funktioniert: Dreht die Nase aus dem Wind, erzeugt die Seitenfläche eine Kraft, die sie wieder in den anströmenden Wind zurückdreht.
Quer- und Richtungsstabilität sind gekoppelt und beeinflussen sich gegenseitig. Überwiegt die Richtungsstabilität stark, neigt das Flugzeug zum Spiralsturz. Überwiegt die Querstabilität, tritt die Taumelschwingung auf, der Dutch Roll, ein gekoppeltes Roll- und Gierpendeln. Auslegung ist hier ein Balanceakt.
- Querstabilität (um Längsachse) v. a. durch V-Stellung (Dihedral)
- Richtungsstabilität (um Hochachse) durch das Seitenleitwerk (Windfahne)
- Beide sind gekoppelt
- Übergewicht: Spiralsturz (Richtung) oder Dutch Roll (Quer)
Übungsfragen (3)
Was ist die Hauptquelle der Querstabilität?
Die V-Stellung (Dihedral) sorgt dafür, dass beim Schieben der tieferliegende Flügel mehr Auftrieb erzeugt und das Flugzeug zurück in die Horizontale rollt.
Wodurch entsteht die Richtungsstabilität?
Das Seitenleitwerk wirkt wie eine Windfahne: Giert die Nase aus dem Wind, dreht die Seitenkraft sie wieder hinein.
Was ist der Dutch Roll?
Der Dutch Roll ist eine gekoppelte Taumelschwingung aus Rollen und Gieren, die auftritt, wenn die Querstabilität gegenüber der Richtungsstabilität überwiegt.
Steuerung um die drei Achsen 2 min
Ein Flugzeug wird um drei Achsen gesteuert, die alle durch den Schwerpunkt verlaufen, und für jede gibt es eine eigene Steuerfläche. Um die Längsachse rollt das Flugzeug, gesteuert von den Querrudern an den Flügelenden, die gegensinnig ausschlagen.
Um die Querachse nickt das Flugzeug, gesteuert vom Höhenruder am Heck, das den Anstellwinkel und damit die Geschwindigkeit ändert. Um die Hochachse giert das Flugzeug, gesteuert vom Seitenruder, das die Nase nach links oder rechts dreht.
Jede Steuerfläche wirkt, indem sie die Wölbung ihres Bereichs verändert und so dort den Auftrieb erhöht oder senkt, woraus das gewünschte Moment entsteht. In der Praxis werden Quer- und Seitenruder koordiniert eingesetzt, besonders in der Kurve, um sauber und ohne Schieben zu fliegen.
- Querruder: Rollen um die Längsachse
- Höhenruder: Nicken um die Querachse
- Seitenruder: Gieren um die Hochachse
- Steuerflächen ändern die Wölbung; Quer- und Seitenruder koordiniert in der Kurve
Übungsfragen (3)
Welche Steuerfläche bewirkt das Rollen um die Längsachse?
Die Querruder an den Flügelenden schlagen gegensinnig aus und rollen das Flugzeug um die Längsachse.
Was steuert das Höhenruder?
Das Höhenruder steuert das Nicken um die Querachse und verändert damit den Anstellwinkel und die Geschwindigkeit.
Wie wirkt eine Steuerfläche grundsätzlich?
Eine Steuerfläche verändert die Wölbung ihres Bereichs, erhöht oder senkt dort den Auftrieb und erzeugt so das gewünschte Drehmoment.
Negatives Wendemoment & Trudeln 2 min
Beim Einleiten einer Kurve zeigt sich ein tückischer Effekt, das negative Wendemoment (adverse yaw). Das nach unten ausgeschlagene Querruder erzeugt nicht nur mehr Auftrieb, sondern auch mehr Widerstand als das nach oben ausgeschlagene. Dieser ungleiche Widerstand giert die Nase zunächst zur falschen Seite, also entgegen der Kurvenrichtung.
Ausgeglichen wird das durch koordinierten Einsatz des Seitenruders in Kurvenrichtung. Genau deshalb spricht man von koordiniertem Kurvenflug, Quer- und Seitenruder arbeiten zusammen, damit die Nase der Kurve sauber folgt und kein Schieben entsteht.
Wird ein Flügel überzogen, während das Flugzeug schiebt, kann es ins Trudeln geraten, eine stabile Autorotation, bei der ein Flügel stärker überzogen ist als der andere. Die Erholung folgt einem Standardverfahren: Leistung zurück, Querruder neutral, Seitenruder gegen die Drehrichtung und Höhenruder nachgeben, um den Anstellwinkel zu verringern.
- Negatives Wendemoment: ungleicher Querruderwiderstand giert die Nase zur falschen Seite
- Ausgleich durch koordiniertes Seitenruder in Kurvenrichtung
- Trudeln: Autorotation bei überzogenem, schiebendem Flügel
- Erholung: Leistung zurück, Seitenruder gegen, Anstellwinkel verringern
Übungsfragen (3)
Was ist das negative Wendemoment (adverse yaw)?
Das nach unten ausgeschlagene Querruder erzeugt mehr Widerstand. Dieser ungleiche Widerstand giert die Nase zunächst entgegen der gewünschten Kurvenrichtung.
Wie wird das negative Wendemoment ausgeglichen?
Durch koordinierten Einsatz des Seitenruders in Kurvenrichtung. Quer- und Seitenruder arbeiten zusammen, damit die Nase der Kurve sauber folgt.
Wie sieht die Standard-Erholung aus dem Trudeln grob aus?
Das Standardverfahren ist: Leistung zurück, Querruder neutral, Seitenruder gegen die Drehrichtung und Höhenruder nachgeben, um den Anstellwinkel zu verringern.
Hochgeschwindigkeitsaerodynamik
Machzahl & Schallgeschwindigkeit 2 min
Bei hohen Geschwindigkeiten ist nicht die absolute Geschwindigkeit entscheidend, sondern wie nah man der Schallgeschwindigkeit kommt. Dieses Verhältnis ist die Machzahl: M gleich Fluggeschwindigkeit geteilt durch die örtliche Schallgeschwindigkeit. M gleich 0,8 heißt, das Flugzeug fliegt mit 80 Prozent der Schallgeschwindigkeit.
Entscheidend und oft geprüft: Die Schallgeschwindigkeit hängt allein von der Temperatur der Luft ab, nicht vom Druck. Da es mit der Höhe kälter wird, sinkt die Schallgeschwindigkeit beim Steigen. Dieselbe wahre Fluggeschwindigkeit entspricht in großer Höhe also einer höheren Machzahl.
Man unterscheidet Geschwindigkeitsbereiche: subsonisch, wenn die Strömung überall langsamer als der Schall ist, transsonisch, wenn Teile der Strömung schon Überschall sind und andere noch nicht, und supersonisch, wenn die gesamte Strömung Überschall ist. Der transsonische Bereich ist aerodynamisch der heikelste.
- Machzahl M = Fluggeschwindigkeit / örtliche Schallgeschwindigkeit
- Schallgeschwindigkeit hängt nur von der Temperatur ab, nicht vom Druck
- In großer Höhe (kälter) ist die Schallgeschwindigkeit niedriger
- Bereiche: subsonisch, transsonisch (gemischt), supersonisch
Übungsfragen (3)
Wie ist die Machzahl definiert?
Die Machzahl ist das Verhältnis der Fluggeschwindigkeit zur örtlichen Schallgeschwindigkeit. M 0,8 bedeutet 80 Prozent der Schallgeschwindigkeit.
Wovon hängt die Schallgeschwindigkeit ab?
Die Schallgeschwindigkeit hängt allein von der Lufttemperatur ab, nicht vom Druck. Da es mit der Höhe kälter wird, sinkt sie beim Steigen.
Was kennzeichnet den transsonischen Bereich?
Im transsonischen Bereich sind Teile der Strömung bereits Überschall, während andere noch subsonisch sind. Das macht ihn aerodynamisch besonders heikel.
Kompressibilität der Luft 2 min
Bei niedrigen Geschwindigkeiten kann man Luft als inkompressibel behandeln, ihre Dichte ändert sich beim Umströmen kaum. Diese Vereinfachung trägt die gesamte Aerodynamik des langsamen Flugs und macht Berechnungen handhabbar.
Mit steigender Machzahl stimmt das nicht mehr. Etwa ab Mach 0,3 beginnt sich die Kompressibilität bemerkbar zu machen: Die anströmende Luft lässt sich nicht mehr widerstandslos verdrängen, sondern wird vor dem Flugzeug zusammengedrückt. Dichte und Druck ändern sich dabei deutlich.
Diese Verdichtung verändert die Druckverteilung am Profil und damit Auftrieb und Widerstand. Bei hohen Machzahlen wird die Kompressibilität zum bestimmenden Effekt und ist die Wurzel der besonderen Probleme, die im transsonischen Bereich auftreten.
- Bei niedriger Geschwindigkeit gilt Luft als inkompressibel
- Ab etwa Mach 0,3 wird die Kompressibilität spürbar
- Die Luft wird vor dem Flugzeug verdichtet, Druck und Dichte ändern sich
- Bei hohen Machzahlen bestimmt die Kompressibilität die Aerodynamik
Übungsfragen (3)
Wie verhält sich Luft bei niedrigen Geschwindigkeiten aerodynamisch?
Bei niedrigen Geschwindigkeiten kann Luft als inkompressibel behandelt werden, ihre Dichte ändert sich beim Umströmen kaum.
Ab etwa welcher Machzahl wird die Kompressibilität spürbar?
Etwa ab Mach 0,3 beginnt sich die Kompressibilität bemerkbar zu machen, die Luft wird vor dem Flugzeug zunehmend verdichtet.
Welche Folge hat die Verdichtung der Luft?
Die Verdichtung ändert die Druckverteilung am Profil und damit Auftrieb und Widerstand. Sie ist die Wurzel der transsonischen Probleme.
Kritische Machzahl & erste Stoßwelle 2 min
Über der gewölbten Oberseite eines Profils strömt die Luft schneller als die freie Anströmung. Das bedeutet: Während das Flugzeug noch klar subsonisch fliegt, erreicht die Strömung über dem Flügel lokal als Erstes Schallgeschwindigkeit.
Die Flug-Machzahl, bei der die Strömung an irgendeiner Stelle des Flügels gerade Mach 1 erreicht, heißt kritische Machzahl, kurz Mcrit. Sie liegt typisch deutlich unter Mach 1, etwa bei 0,7 bis 0,85, je nach Profil und Pfeilung. Mcrit ist die wichtigste Grenzgröße der Hochgeschwindigkeitsaerodynamik.
Genau an dieser Stelle, wo die Strömung örtlich Überschall wird und sich danach wieder verlangsamt, bildet sich die erste Stoßwelle, ein schmaler Bereich sprunghafter Druck- und Dichteänderung. Solange man unter Mcrit bleibt, treten keine Stoßwellen auf. Oberhalb beginnen die transsonischen Probleme.
- Über der Oberseite ist die Strömung schneller als die Anströmung
- Sie erreicht lokal zuerst Mach 1, während das Flugzeug noch subsonisch fliegt
- Kritische Machzahl Mcrit: Flug-Machzahl, bei der örtlich gerade Mach 1 erreicht wird
- Bei Mcrit bildet sich die erste Stoßwelle
Übungsfragen (3)
Wo erreicht die Strömung zuerst Schallgeschwindigkeit?
Über der gewölbten Oberseite ist die Strömung schneller. Sie erreicht dort lokal zuerst Mach 1, obwohl das Flugzeug noch subsonisch fliegt.
Was ist die kritische Machzahl (Mcrit)?
Mcrit ist die Flug-Machzahl, bei der die Strömung an irgendeiner Stelle des Flügels gerade Mach 1 erreicht. Sie liegt deutlich unter Mach 1.
Was bildet sich beim Erreichen von Mcrit?
Dort, wo die Strömung örtlich Überschall wird und sich wieder verlangsamt, bildet sich die erste Stoßwelle mit sprunghafter Druck- und Dichteänderung.
Transsonische Probleme 2 min
Steigt die Machzahl über Mcrit, wachsen die Stoßwellen und mit ihnen die Schwierigkeiten. Hinter einer Stoßwelle erfährt die Grenzschicht einen heftigen Druckanstieg und löst sich ab. Diese stoßinduzierte Ablösung führt zum Shock Stall, einem Auftriebsverlust, der von kräftigem Schütteln begleitet wird, dem Mach Buffet.
Bemerkenswert ist, dass es bei großen Verkehrsflugzeugen sowohl eine untere als auch eine obere Schüttelgrenze gibt. Unten droht der klassische Überziehbuffet bei zu langsamer Geschwindigkeit, oben der Mach Buffet bei zu hoher Machzahl. In großer Höhe rücken beide eng zusammen, das ist die sogenannte Coffin Corner.
Eine weitere Gefahr ist der Mach Tuck. Durch die Stoßwellen wandert der Druckpunkt nach hinten, wodurch ein kopflastiges Moment entsteht und sich die Nase von selbst senkt. Das erhöht die Machzahl weiter, ein selbstverstärkender Kreislauf. Zugleich können Steuerflächen hinter Stoßwellen an Wirkung verlieren.
- Über Mcrit wachsen die Stoßwellen, dahinter löst sich die Grenzschicht ab
- Folge: Shock Stall mit Auftriebsverlust und Mach Buffet (Schütteln)
- Coffin Corner: untere und obere Schüttelgrenze rücken in großer Höhe zusammen
- Mach Tuck: Druckpunkt wandert nach hinten, Nase senkt sich selbstverstärkend
Übungsfragen (3)
Was passiert mit der Grenzschicht hinter einer kräftigen Stoßwelle?
Hinter der Stoßwelle erfährt die Grenzschicht einen heftigen Druckanstieg und löst sich ab. Diese stoßinduzierte Ablösung führt zum Shock Stall.
Was ist der Mach Buffet?
Der Mach Buffet ist das kräftige Schütteln, das die stoßinduzierte Ablösung bei zu hoher Machzahl begleitet. Er bildet die obere Schüttelgrenze.
Was kennzeichnet den Mach Tuck?
Beim Mach Tuck wandert der Druckpunkt durch die Stoßwellen nach hinten. Das kopflastige Moment senkt die Nase, was die Machzahl weiter erhöht, ein gefährlicher Kreislauf.
Konstruktive Maßnahmen 2 min
Um hohe Reisemachzahlen sicher zu fliegen, will man die kritische Machzahl möglichst weit nach oben schieben. Das wichtigste Mittel ist die Flügelpfeilung. Sie verringert die für die Verdichtung wirksame Komponente der Anströmung, sodass der Flügel eine höhere Flug-Machzahl verträgt, bevor örtlich Mach 1 erreicht wird.
Daneben helfen dünne Profile und besonders superkritische Profile, die so geformt sind, dass die Stoßwelle schwächer ausfällt und weiter hinten entsteht. Vortex-Generatoren, kleine Leitbleche auf dem Flügel, wirbeln energiereiche Luft in die Grenzschicht und verzögern die stoßinduzierte Ablösung.
Gegen den Mach Tuck setzt man Mach-Trim-Systeme ein, die das kopflastige Moment automatisch ausgleichen. Will man die Schallmauer ganz durchbrechen, braucht es genügend Schub, um den hohen transsonischen Widerstand zu überwinden, und eine Auslegung, die für den Überschallbereich optimiert ist.
- Flügelpfeilung erhöht Mcrit (wichtigstes Mittel)
- Dünne und superkritische Profile schwächen die Stoßwelle
- Vortex-Generatoren verzögern die stoßinduzierte Ablösung
- Mach-Trim gleicht den Mach Tuck automatisch aus
Übungsfragen (3)
Welches ist das wichtigste Mittel, um die kritische Machzahl zu erhöhen?
Die Flügelpfeilung verringert die für die Verdichtung wirksame Anströmkomponente und schiebt die kritische Machzahl nach oben. Sie ist das wichtigste Mittel.
Wozu dienen Vortex-Generatoren?
Vortex-Generatoren sind kleine Leitbleche, die energiereiche Luft in die Grenzschicht mischen und so die stoßinduzierte Ablösung hinauszögern.
Wie wird dem Mach Tuck konstruktiv begegnet?
Mach-Trim-Systeme gleichen das durch den Mach Tuck entstehende kopflastige Moment automatisch aus und halten das Flugzeug beherrschbar.
Flugbereichsgrenzen
Das Lastvielfache 2 min
Das Lastvielfache n ist das Verhältnis von Auftrieb zu Gewicht, angegeben in g. Im stationären Geradeausflug trägt der Flügel genau das Gewicht, das Lastvielfache ist 1 g. Es beschreibt, wie stark Struktur und Insassen gerade belastet werden.
In der Kurve steigt das Lastvielfache, denn der Auftrieb muss jetzt zwei Aufgaben erfüllen, das Gewicht tragen und die Kurve erzeugen. Mathematisch ist das Lastvielfache gleich eins geteilt durch den Kosinus der Querneigung. Bei 60 Grad Schräglage ergibt das genau 2 g, der Flügel trägt also das doppelte Gewicht und man spürt sich doppelt so schwer.
Auch beim Abfangen aus dem Sinkflug oder in einer Böe steigt das Lastvielfache. Hohe Werte belasten die Struktur stark und können bei Überschreitung der Grenzen zu bleibender Verformung oder Bruch führen. Deshalb ist das Lastvielfache eine zentrale Größe für die Flugbereichsgrenzen.
- Lastvielfache n = Auftrieb / Gewicht, in g
- Stationärer Geradeausflug: 1 g
- Kurve: n = 1 / cos(Querneigung), 60° ergibt 2 g
- Hohe Werte belasten Struktur und Insassen stark
Übungsfragen (3)
Wie ist das Lastvielfache definiert?
Das Lastvielfache n ist das Verhältnis von Auftrieb zu Gewicht, angegeben in g. Im Geradeausflug beträgt es 1 g.
Welches Lastvielfache wirkt in einer Kurve mit 60° Schräglage?
Das Lastvielfache ist eins geteilt durch den Kosinus der Querneigung. Bei 60 Grad ergibt das 2 g, der Flügel trägt das doppelte Gewicht.
Warum ist das Lastvielfache eine zentrale Größe der Flugbereichsgrenzen?
Hohe Lastvielfache belasten die Struktur stark. Bei Überschreitung der Grenzen drohen bleibende Verformung oder Bruch, daher die Begrenzung.
Das V-n-Diagramm 2 min
Das V-n-Diagramm, auch Manöverhüllkurve genannt, fasst die Grenzen des Flugzeugs in einem Bild zusammen. Auf der waagerechten Achse steht die Geschwindigkeit, auf der senkrechten das Lastvielfache. Jeder Flugzustand ist ein Punkt darin, und nur Punkte innerhalb der Hülle sind erlaubt.
Die linke Begrenzung ist die aerodynamische Grenze, die cLmax-Kurve. Links davon kann der Flügel das geforderte Lastvielfache gar nicht erzeugen, er überzieht vorher. Die obere und untere waagerechte Begrenzung sind die strukturellen Grenzlastvielfachen, für die Normalkategorie typischerweise rund plus 3,8 g und minus 1,5 g.
Die rechte senkrechte Begrenzung ist die nicht zu überschreitende Geschwindigkeit Vne. Rechts davon drohen Schäden durch zu hohen Staudruck oder Flattern. Innerhalb dieser Hülle aus aerodynamischer, struktureller und Geschwindigkeitsgrenze ist der Flug sicher, an den Ecken wird es kritisch.
- V-n-Diagramm: Geschwindigkeit (waagerecht) gegen Lastvielfaches (senkrecht)
- Linke Grenze: cLmax-Kurve (aerodynamisch, sonst Stall)
- Obere/untere Grenze: strukturelle Grenzlastvielfache (z. B. +3,8 / −1,5 g)
- Rechte Grenze: Vne (Höchstgeschwindigkeit)
Übungsfragen (3)
Was zeigt das V-n-Diagramm?
Das V-n-Diagramm trägt das Lastvielfache über der Geschwindigkeit auf und zeigt, welche Kombinationen innerhalb der Grenzen erlaubt sind.
Was begrenzt das V-n-Diagramm auf der linken Seite?
Die linke Grenze ist die aerodynamische cLmax-Kurve. Links davon kann der Flügel das geforderte Lastvielfache nicht erzeugen, er überzieht vorher.
Welche Grenze bildet die rechte Seite des V-n-Diagramms?
Die rechte senkrechte Begrenzung ist Vne. Rechts davon drohen Schäden durch zu hohen Staudruck oder Flattern.
Manöver- und Höchstgeschwindigkeiten 2 min
Aus dem V-n-Diagramm ergeben sich wichtige Geschwindigkeiten. Die Manövergeschwindigkeit Va liegt am Schnittpunkt der cLmax-Kurve mit dem oberen Grenzlastvielfachen. Ihre Bedeutung ist zentral: Unterhalb von Va überzieht der Flügel, bevor er strukturell überlastet wird. Volle, abrupte Ruderausschläge sind hier also sicher.
Oberhalb von Va kehrt sich das um, dort kann ein voller oder ruckartiger Ausschlag das Lastvielfache über die strukturelle Grenze treiben, bevor der Flügel überzieht. In Turbulenz oder bei groben Manövern bleibt man deshalb bei oder unter Va. Wichtig: Va sinkt mit geringerem Gewicht, weil ein leichteres Flugzeug schon bei niedrigerer Geschwindigkeit das Grenzlastvielfache erreicht.
Am Fahrtmesser markieren Farben die Grenzen: Der grüne Bogen ist der normale Betriebsbereich, der gelbe Bogen darf nur in ruhiger Luft und mit Vorsicht beflogen werden, und der rote Strich ist Vne, die niemals zu überschreiten ist. Der weiße Bogen kennzeichnet den Klappenbereich.
- Va am Schnittpunkt von cLmax und oberem Grenzlastvielfachen
- Unter Va: Stall vor Strukturschaden, volle Ausschläge sicher
- Über Va: volle/ruckartige Ausschläge können die Struktur überlasten
- Va sinkt mit geringerem Gewicht; Fahrtmesser: grün, gelb, roter Strich (Vne)
Übungsfragen (3)
Was bedeutet die Manövergeschwindigkeit Va?
Unterhalb von Va überzieht der Flügel, bevor er strukturell überlastet wird. Volle, abrupte Ruderausschläge sind dort sicher.
Wie verändert sich Va mit geringerem Gewicht?
Va sinkt mit geringerem Gewicht, weil ein leichteres Flugzeug schon bei niedrigerer Geschwindigkeit das Grenzlastvielfache erreicht.
Was markiert der rote Strich am Fahrtmesser?
Der rote Strich kennzeichnet Vne, die niemals zu überschreitende Geschwindigkeit. Der gelbe Bogen davor ist nur in ruhiger Luft erlaubt.
Böenlasten 2 min
Lasten entstehen nicht nur durch Steuereingaben, sondern auch durch die Atmosphäre selbst. Eine vertikale Böe ändert schlagartig die Richtung der Anströmung und damit den Anstellwinkel des Flügels. Der Auftrieb springt, und mit ihm das Lastvielfache, ganz ohne Zutun des Piloten.
Wie heftig diese Lastspitze ausfällt, hängt von zwei Dingen ab: der Stärke der Böe und der Fluggeschwindigkeit. Je schneller man fliegt, desto größer die Anstellwinkeländerung pro Böe und desto höher die Last. Deshalb ist schnelles Fliegen in Turbulenz strukturell gefährlich.
Die Gegenmaßnahme ist eine Böendurchflug- oder Turbulenzgeschwindigkeit, bei der man in rauer Luft fliegt. Sie ist langsam genug, um die Lastspitzen klein zu halten, aber schnell genug über der Überziehgeschwindigkeit. Im V-n-Diagramm überlagert eine eigene Böenhüllkurve die Manöverhülle und kann deren Grenzen bei hoher Geschwindigkeit sogar überschreiten.
- Eine vertikale Böe ändert den Anstellwinkel und erzeugt eine Lastspitze ohne Steuereingabe
- Die Lastspitze wächst mit Böenstärke und Fluggeschwindigkeit
- Schnelles Fliegen in Turbulenz ist strukturell gefährlich
- Gegenmittel: Turbulenz-/Böendurchfluggeschwindigkeit (langsamer)
Übungsfragen (3)
Warum erzeugt eine Böe ein höheres Lastvielfaches?
Eine vertikale Böe ändert die Anströmrichtung und damit schlagartig den Anstellwinkel. Der Auftrieb springt, das Lastvielfache steigt ohne Steuereingabe.
Wovon hängt die Höhe der Böenlast ab?
Die Lastspitze wächst mit der Stärke der Böe und mit der Fluggeschwindigkeit. Schneller Flug in Turbulenz erzeugt höhere Lasten.
Was ist die richtige Maßnahme bei Turbulenz?
In rauer Luft fliegt man die Turbulenzgeschwindigkeit, langsam genug für kleine Lastspitzen, aber sicher über der Überziehgeschwindigkeit.
Flattern (Flutter) 2 min
Flattern ist eine der gefährlichsten Erscheinungen der Hochgeschwindigkeit. Es ist eine sich selbst verstärkende Schwingung, die aus dem Zusammenspiel dreier Faktoren entsteht: den aerodynamischen Kräften, der Elastizität der Struktur und ihrer Massenträgheit. Flügel und Steuerflächen sind nie vollkommen steif, sie können schwingen.
Unterhalb einer kritischen Geschwindigkeit klingen solche Schwingungen ab. Oberhalb kehrt sich das um: Eine kleine Auslenkung entzieht der Strömung Energie, schwingt mit wachsender Amplitude und kann ein Bauteil in Sekunden zerstören. Flattern kündigt sich kaum an und lässt sich nicht aussteuern.
Der Schutz davor ist zweifach. Betrieblich hält die Höchstgeschwindigkeit Vne sicheren Abstand zur kritischen Flattergeschwindigkeit. Konstruktiv sorgt der Massenausgleich der Ruder, also ein statisches Auswuchten der Steuerflächen, zusammen mit ausreichend steifer Struktur dafür, dass die kritische Geschwindigkeit weit oberhalb des Betriebsbereichs liegt.
- Flattern: selbstverstärkende Schwingung aus Aerodynamik, Elastizität und Trägheit
- Unter der kritischen Geschwindigkeit klingt es ab, darüber wächst es bis zur Zerstörung
- Vne hält betrieblich sicheren Abstand zur kritischen Flattergeschwindigkeit
- Konstruktiv: Massenausgleich der Ruder und steife Struktur
Übungsfragen (3)
Aus welchem Zusammenspiel entsteht Flattern?
Flattern entsteht aus dem Zusammenspiel von aerodynamischen Kräften, der Elastizität der Struktur und ihrer Massenträgheit, eine selbstverstärkende Schwingung.
Was geschieht oberhalb der kritischen Flattergeschwindigkeit?
Oberhalb der kritischen Geschwindigkeit entzieht eine kleine Auslenkung der Strömung Energie und schwingt mit wachsender Amplitude, was ein Bauteil in Sekunden zerstören kann.
Welche konstruktive Maßnahme schützt vor Flattern?
Der Massenausgleich der Steuerflächen (statisches Auswuchten) und eine ausreichend steife Struktur verschieben die kritische Flattergeschwindigkeit weit über den Betriebsbereich.
Propeller
Das Propellerprinzip 2 min
Ein Propeller ist im Kern nichts anderes als ein rotierender Flügel. Jedes Propellerblatt hat ein Tragflächenprofil mit Wölbung und Sehne, genau wie eine Tragfläche. Durch die Rotation entsteht eine Anströmung, und das Blatt erzeugt daraus eine aerodynamische Kraft.
Diese Kraft zeigt im Wesentlichen nach vorn und ist der Schub, das Gegenstück zum Auftrieb eines Flügels, nur um 90 Grad gedreht. Der Propeller beschleunigt eine große Luftmasse nach hinten, und nach dem Rückstoßprinzip entsteht der Vortrieb nach vorn.
Die Rollenverteilung ist dabei klar: Der Motor liefert die Drehleistung, also Drehmoment mal Drehzahl, und der Propeller ist die Vorrichtung, die diese Wellenleistung in nutzbaren Schub umwandelt. Wie gut das gelingt, beschreibt der Propellerwirkungsgrad.
- Propeller = rotierender Flügel, jedes Blatt ein Tragflächenprofil
- Das Blatt erzeugt eine nach vorn gerichtete Kraft, den Schub
- Große Luftmasse nach hinten beschleunigt, Vortrieb nach vorn (Rückstoß)
- Motor liefert Drehleistung, Propeller wandelt sie in Schub
Übungsfragen (3)
Was ist ein Propeller aerodynamisch gesehen?
Ein Propeller ist im Kern ein rotierender Flügel. Jedes Blatt hat ein Tragflächenprofil und erzeugt aus der Rotationsanströmung eine aerodynamische Kraft.
In welche Richtung zeigt die vom Blatt erzeugte Hauptkraft?
Die Kraft zeigt im Wesentlichen nach vorn und ist der Schub, das um 90 Grad gedrehte Gegenstück zum Auftrieb eines Flügels.
Welche Rolle hat der Motor beim Propellerantrieb?
Der Motor liefert die Drehleistung, also Drehmoment mal Drehzahl. Der Propeller wandelt diese Wellenleistung in nutzbaren Schub um.
Blattwinkel, Anstellwinkel & Verwindung 2 min
Die Anströmung an einem Propellerblatt setzt sich aus zwei Komponenten zusammen. Die Rotation liefert eine Geschwindigkeit in der Drehebene, die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs eine Geschwindigkeit nach vorn. Beide ergeben zusammen eine resultierende Anströmung, die schräg auf das Blatt trifft.
Jetzt sind zwei Winkel zu unterscheiden. Der Blattwinkel ist die rein geometrische Einstellung des Blattes gegen die Drehebene. Der Anstellwinkel dagegen ist der Winkel zwischen dem Blatt und der resultierenden Anströmung, und er entscheidet wie beim Flügel über die erzeugte Kraft.
Ein Problem ergibt sich daraus, dass sich die Blattspitze viel schneller dreht als die blattwurzelnahe Region, der Weg pro Umdrehung ist außen größer. Würde das Blatt überall denselben Winkel haben, wäre der Anstellwinkel ungleichmäßig. Deshalb ist das Blatt verwunden, an der Wurzel steiler eingestellt als an der Spitze, damit der Anstellwinkel über die ganze Länge günstig bleibt.
- Anströmung = Rotationskomponente + Fluggeschwindigkeit (resultierend)
- Blattwinkel: geometrische Einstellung gegen die Drehebene
- Anstellwinkel: zwischen Blatt und resultierender Anströmung, bestimmt die Kraft
- Spitze dreht schneller, daher ist das Blatt verwunden (Wurzel steiler)
Übungsfragen (3)
Woraus setzt sich die Anströmung am Propellerblatt zusammen?
Die Rotation liefert eine Geschwindigkeit in der Drehebene, die Vorwärtsbewegung eine nach vorn. Beide ergeben die resultierende Anströmung.
Was ist der Unterschied zwischen Blattwinkel und Anstellwinkel?
Der Blattwinkel ist die geometrische Einstellung gegen die Drehebene. Der Anstellwinkel liegt zwischen Blatt und resultierender Anströmung und bestimmt die Kraft.
Warum ist ein Propellerblatt verwunden?
Die Spitze legt pro Umdrehung einen größeren Weg zurück als die Wurzel. Die Verwindung, an der Wurzel steiler, hält den Anstellwinkel über die ganze Länge günstig.
Steigung & Constant-Speed-Propeller 2 min
Die Steigung eines Propellers ist die Strecke, die er bei einer Umdrehung theoretisch zurücklegen würde, ähnlich wie ein Gang im Getriebe. Eine kleine Steigung bedeutet hohe Drehzahl und viel Schub bei niedriger Geschwindigkeit, eine große Steigung passt besser zu hoher Reisegeschwindigkeit.
Ein Festpropeller hat nur eine feste Steigung und ist deshalb nur in einem schmalen Geschwindigkeitsbereich wirklich effizient, ein Kompromiss zwischen gutem Start und gutem Reiseflug. Bei anderen Geschwindigkeiten stimmt der Anstellwinkel der Blätter nicht mehr und der Wirkungsgrad fällt.
Der Verstellpropeller, meist als Constant-Speed-Propeller ausgeführt, löst das. Ein Regler verstellt den Blattwinkel automatisch so, dass die Drehzahl konstant bleibt und der Anstellwinkel über einen weiten Geschwindigkeitsbereich optimal ist. Für den Start wählt man kleine Steigung mit hoher Drehzahl, im Reiseflug große Steigung mit niedrigerer Drehzahl, das ergibt den besten Wirkungsgrad.
- Steigung: theoretischer Weg pro Umdrehung, vergleichbar mit einem Gang
- Festpropeller: nur in einem schmalen Bereich effizient (Kompromiss)
- Constant-Speed-Propeller hält über einen Regler Drehzahl und Anstellwinkel optimal
- Start kleine Steigung (hohe Drehzahl), Reiseflug große Steigung
Übungsfragen (3)
Was beschreibt die Steigung eines Propellers?
Die Steigung ist die Strecke, die der Propeller pro Umdrehung theoretisch zurücklegen würde, vergleichbar mit einem Gang im Getriebe.
Worin liegt der Vorteil eines Constant-Speed-Propellers?
Der Regler verstellt den Blattwinkel automatisch, sodass die Drehzahl konstant bleibt und der Anstellwinkel über einen weiten Bereich optimal ist, das ergibt den besten Wirkungsgrad.
Welche Steigung wählt man typischerweise für den Start?
Für den Start wählt man kleine Steigung mit hoher Drehzahl, das liefert viel Schub bei niedriger Geschwindigkeit. Im Reiseflug nutzt man große Steigung.
Propeller-Nebeneffekte 2 min
Ein kräftig drehender Propeller bringt mehrere Nebeneffekte mit, die vor allem beim Start, bei hoher Leistung und niedriger Geschwindigkeit spürbar werden. Die Drehmomentreaktion entsteht, weil der Motor den Propeller in die eine Richtung dreht und der Rumpf nach dem Gegenwirkungsprinzip in die andere Richtung rollen will.
Der P-Faktor tritt bei hohem Anstellwinkel auf: Das absteigende Blatt trifft die Luft unter einem größeren effektiven Anstellwinkel als das aufsteigende und erzeugt mehr Schub. Da dieser stärkere Schub asymmetrisch sitzt, entsteht ein Giermoment. Der Schraubenstrahl wiederum verlässt den Propeller verdrallt, trifft das Seitenleitwerk schräg und erzeugt ebenfalls ein Giermoment.
Hinzu kommt die Kreiselpräzession, denn der drehende Propeller wirkt wie ein Kreisel und reagiert auf Nickbewegungen mit einer um 90 Grad versetzten Giertendenz. Bei den meisten Mustern wirken diese Effekte überwiegend in dieselbe Richtung, sodass man beim Start mit etwas Seitenruder dagegenhält.
- Drehmomentreaktion: Rumpf rollt gegen die Propellerdrehung
- P-Faktor: absteigendes Blatt erzeugt bei hohem AoA mehr Schub → Giermoment
- Schraubenstrahl trifft verdrallt das Seitenleitwerk → Giermoment
- Kreiselpräzession bei Nickbewegung; Ausgleich meist mit Seitenruder
Übungsfragen (3)
Wodurch entsteht die Drehmomentreaktion?
Der Motor dreht den Propeller in die eine Richtung, der Rumpf will nach dem Gegenwirkungsprinzip in die andere Richtung rollen. Das ist die Drehmomentreaktion.
Was beschreibt der P-Faktor?
Bei hohem Anstellwinkel trifft das absteigende Blatt die Luft unter größerem effektivem Anstellwinkel und erzeugt mehr, asymmetrisch sitzenden Schub, was ein Giermoment ergibt.
Wie gleicht der Pilot die Propellereffekte beim Start meist aus?
Da die Effekte bei den meisten Mustern überwiegend in dieselbe Giermoment-Richtung wirken, hält man beim Start mit etwas Seitenruder dagegen.