Aerodynamik

1
Technik

• Aerodynamik
• Flugzeugkunde
• Instrumentenkunde
• Das Flugklare Flugzeug

Einige der Abbildungen wurden mit mit
freundlicher Genehmigung des Luftfahrtverlag
Friedrich Schiffmann GmbH Co. KG, aus folgende
Bänden entnommen Schiffmann1 "Der
Privatflugzeugführer", Band 1, Technik I,
1977 Schiffmann3 "Der Privatflugzeugführer",
Band 3, Technik II, 1977 Schiffmann4A "Der
Privatflugzeugführer", Band 4A, Flugnavigation,
1979 Schiffmann7 "Der Segelflugzeugführer", Band
7, 1997 Hesse3 Hesse3, Flugnavigation,
1976 Hesse4 Hesse4, Der Segelflugzeugführer, 1975
2
Technik

• Aerodynamik

3
Kräfte im Flug
Schubkraft oder Vortriebskraft
Reibungskraft oderWiderstand
4
Luftströmung
Schiffmann7 Abb 4.1.6
5
Grenzschicht
Schiffmann7 Abb 4.1.8
Bereich, in dem die Luftteilchen durch den
umströmten Körper verzögert werden
6
Ablösung der Grenzschicht
Schiffmann7 Abb 4.1.24
7
Wanderung der Abloesung
Film
Schiffmann1
8
Theorien zum Auftrieb
9
Downwash
Das Bild zeigt, wie die Strömung bei Flug über
die Wolkennach unten gelenkt wurde.
10
Entstehung der Zirkulation
Schiffmann7 Abb 4.1.13
11
Druckverlauf
Schiffmann7 Abb 4.1.14
12
Druckpunktwanderung
Schiffmann7 Abb 4.1.15
13
Formwiderstand
Schiffmann7 Abb 4.1.7
14
Auftriebs/Widerstandsformel
Auftrieb
Widerstand

• Form abhängig von der Anströmrichtung
• Fläche in Strömungsrichtung FA
• Luftdichte
• Quadrat der Geschwindigkeit

• Form abhängig von der Anströmrichtung
• Fläche quer zur Strömungsrichtung FW
• Luftdichte
• Quadrat der Geschwindigkeit

Schiffmann7 Abb 4.1.18
Staudruck
15
Auftriebs/Widerstandsformel
Geschwindigkeit
Fläche
Fläche
Widerstands-beiwert
Auftriebs-beiwert
Simulation
Luftdichte
16
Lilienthal-Polare
Schiffmann7 Abb 4.1.19
17
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

18
Erkläre dieses Phänomen
19
Unterdruckphänomen
20
Concorde
21
Flugleistungspolare
Schiffmann7 Abb 4.1.22
22
Polare und Gewicht
23
Kräfte im Gleitflug
Schiffmann7 Abb 4.1.17
24
Kräfte im Gleitflug
geringer Widerstand
25
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
Schiffmann1 Abb 13
Schiffmann7 Abb 4.1.25
28
B727 Wirbelschleppe
Animation
29
Wirbelschleppen
30
Wirbschleppe einer 747
31
Auftriebsverteilung
Schiffmann7 Abb 4.1.30
32
Seitenverhältnis
Schiffmann7 Abb 4.1.31
33
Besondere Flugzustände

• Trudeln
• Steiltrudeln
• Flachtrudeln
• Ausleiten
• Slip
• Einleiten
• Ausleiten
• Gefahren

34
Kurvenflug
Schiffmann7 Abb 4.1.42
35
Lastvielfache im Kurvenflug
Querneigung Lastvielfaches Fahrtzunahme
a 1 / cos a Ö1 / cos a
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
36
Kurvenge-schwindigkeit
Schiffmann7 Abb 4.1.43
37
Lastvielfaches im Abfangbogen
Lastvielfaches
Schiffmann7 Abb 4.1.48
38
Harte Landung
39
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

40
Profil

• Merkmale
• Einstellwinkel
• Anstellwinkel

Schiffmann7 Abb 4.1.49
Schiffmann7 Abb 4.1.50
41
Profilformen
Schiffmann7 Abb 4.1.51

• 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

42
Nurflügler Mü5
Spannweite 13,4m Flügelfläche
11m² Streckung 16,4
Flächenbelastung 12,3 kg/m² Gesamtlänge
2m Rüstgewicht 55kp Fluggewicht
135kp
43
Schränkung
Schiffmann7 Abb 4.1.57
Schiffmann7 Abb 4.1.56
Strömungsabriß erfolgt zunächst innen Die
Querruderwirkung bleibt erhalten
44
Flächenbelastung
Fluggewicht G / Flügelfläche F kp/m Kleine
Flächenbelastung geringes Sinken, besserer
Langsamflug Hohe Flächenbelastung bessere
Gleitzahl bei hohen Geschwindigkeiten, besserer
Schnellflug
2
45
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.
46
Flight Envelope und Manövergeschwindigkeit VA
Va verringert sich bei vermindertem Fluggewicht
VNO
VS
VNE
Strukturbruch
Maximal zul. Last-vielfaches
Strukturschaden
Va hohes Gewicht
Normal envelope
Strömungsabriß
Bereich nicht anliegender Strömung
Lastviel-faches
Vorsichts-bereich
Stationärer Flug bei 1 G
Mindestfahrt
Bereich nicht anliegender Strömung
Rückenflug Bereich
Strukturschaden
Strukturbruch
Geschwindigkeit (IAS)
47
Querruder
Schiffmann7 Abb 4.1.65
48
Höhenruder
Schiffmann7 Abb 4.1.66
49
Seitenruder
Schiffmann7 Abb 4.1.67
50
Massenausgleich
Massenausgleich Verlagerung des Ruderschwerpunkts
in die Achse
Aerodynamischer Massenausgleich Verringerung der
Ruderkräfte
Schiffmann7 Abb 4.1.69
Schiffmann7 Abb 4.1.70
51
Wölb-, Spreiz- und Störklappen

• Wölb- und Spreizklappen verändern das Profil und
  damit auch den Einstellwinkel
• Verbessern das Landeverhalten,
• Verbessern die Schnellflugeigenschaften

Schiffmann7 Abb 4.1.36

• Störklappen vermindern den Auftrieb und erhöhen
  den Widerstand
• Dienen zur Steuerung des Gleitwegs
• Vermeidung unerwünschter hoher Geschwindigkeit
  (z.B. F-Schlepp)

Schiffmann7 Abb 4.1.37
52
Trimmung
Federtrimmung
Schiffmann7 Abb 4.1.71
Schiffmann7 Abb 4.1.72
Schiffmann7 Abb 4.1.72
Trimmung kann nicht falsche Beladung ausgleichen!
53
Stabilität
Schiffmann7 Abb 4.1.74
Schiffmann7 Abb 4.1.73
54
Flugstabilität

• Druckpunktstabilität

• Flügelpfeilung
• Rumpflänge

• V Form der Flächen
• Schwerpunkt relativ zu Flächen

Schiffmann7 Abb 4.1.75
55
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 Luftfahrzeuge
Luftfahrzeuge
Leichter als Luft
Schwerer als Luft
Ballistische LFZ
Motorgetriebene Flugzeuge
Motorlose Flugzeuge
Drehflügler Starrflügler Motorsegler UL-Flugzeuge
Segelflugzeuge Drachen Fallschirme
Ballone Luftschiffe
Raketen Raumgleiter
58
Bauformen
Tiefdecker SF 25, DR400 Mitteldecker ASK13,
Astir Schulterdecker Ka8, Ka6 Hochdecker Lo100
Bauweise Holzbauweise Ka6 Metallbauweise
Blanik Gemischtbauweise ASK13,
Ka8 Kunststoffbauweise Mistral, Astir
Schiffmann7 Abb 4.2.1-3
59
Konstruktionsgruppen
Flugzeug
Flugwerk
Triebwerk
Ausrüstung
Rumpfwerk Tragwerk Leitwerk Steuerwerk Fahrwerk
Motor Propeller Kraftstoffanlage
Mindestausrüstung Sonderausrüstung
60
Rumpfwerk
Schalenbauweise
Schiffmann7 Abb 4.2.6
Gerüstbauweise
Die veraltete Gitterbauweise ist hier nicht
gezeigt
Schiffmann7 Abb 4.2.7
61
Das Tragwerk
Schiffmann7 Abb 4.2.8
Schiffmann7 Abb 4.2.9
62
Leitwerk
Schiffmann7 Abb 4.2.12
Schiffmann7 Abb 4.2.9 13
63
Differenziertes Querruder
Schiffmann7 Abb 4.2.15
64
Achsen
Hochachse (Gieren)
Im Schnittpunkt der drei Achsen liegt der
Schwerpunkt
Längsachse (Rollen)
Schiffmann1 Abb 39
Querachse (Nicken)
65
Konstruktion und Sicherheit
Bedienungskomfort Hebelfarben, Pedaleinstellung,
Sitzeinstellung,Fahrwerkssignal,
Überziehwarnung - Ausschaltung menschlichen
Versagens - Flugstabilität Schränkung,
Stabilität Redundanz Stopmuttern, Kronenmuttern,
Splinte, Fokkernadeln, doppelte Zündanlage -
Ausschaltung technischen Versagens - Schutz des
Piloten Stabiler Rumpf, Splitterfreiheit,
Federung, Fahrwerkskonstruktion
66
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

67
Was so alles fliegt
68
Technik

• Das Flugklare Flugzeug

69
Das Flugklare Flugzeug

• Kenntnis der Flugdaten aus dem Flughandbuch
• Vorflugkontrolle
• Flugzeugpapiere
• Beladung
• Startcheck

70
Beladung
Leergewicht Rüstgewicht Fluggewicht Mindestgewicht
Höchstzulässiges Abfluggewicht Beladeplan
71
Nicht immer zeigen sich Beladungsfehler so
deutlich
72
Schwerpunktlage
Schiffmann7 Abb 4.4.2
Ermittlung der Leermasse und der
Leermassen-schwerpunktlage

Schiffmann7 Abb 4.4.4
73
Schwerpunktberechnung
Vorderer Sitz
Zulässiger Schwerpunktsbereich
BP
Bezugspunkt
Leergewichtsschwerpunkt
Hinterer Sitz
Die Daten zum Leergewicht stehen im Flughandbuch
74
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
76
Aufgabe Polare
Ordne zu Bestes Gleiten Rückenflug Schnellflug Au
ftriebslos Strömungsabriß
77
Aufgabe Flugleistungspolare
Ordne zu Geschwindigkeit des besten
Gleitens Geschwindigkeit 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
79
Cockpit einer A319