Jedes Flugzeug handhabt etwas anders, da jedes auf seine Art und Weise gegen den Steuerdruck widerstand oder reagiert. Beispielsweise reagiert ein Trainingsflugzeug schnell auf Steueranwendungen, während ein Transportflugzeug die Steuerung schwer anfühlt und auf Steuerdrücke langsamer reagiert. Diese Merkmale können in ein Flugzeug konstruiert werden, um den speziellen Zweck des Flugzeugs durch Berücksichtigung bestimmter Stabilitäts- und Manövrieranforderungen zu erleichtern. Die folgende Diskussion fasst die wichtigeren Aspekte der Stabilität, der Manövrierbarkeit und der Steuerbarkeit eines Flugzeugs zusammen. wie sie analysiert werden; und ihre Beziehung zu verschiedenen Flugbedingungen.

4.5.1 Stabilität #

Stabilität ist die inhärente Qualität eines Flugzeugs, um Bedingungen zu korrigieren, die sein Gleichgewicht stören können, und um auf den ursprünglichen Flugweg zurückzukehren oder ihn fortzusetzen. Es ist in erster Linie eine Flugzeugdesign-Eigenschaft. Die Flugwege und Einstellungen, die ein Flugzeug fliegt, werden durch die aerodynamischen Eigenschaften des Flugzeugs, sein Antriebssystem und seine strukturelle Stärke begrenzt. Diese Einschränkungen geben die maximale Leistung und Manövrierfähigkeit des Flugzeugs an. Wenn das Flugzeug einen maximalen Nutzen bieten soll, muss es in vollem Umfang sicher steuerbar sein, ohne die Stärke des Piloten zu überschreiten oder außergewöhnliche Flugfähigkeiten erforderlich. Wenn ein Flugzeug auf einem beliebigen Flugweg gerade und stabil fliegen soll, müssen die darauf wirkenden Kräfte im statischen Gleichgewicht sein. Die Reaktion jedes Körpers, wenn sein Gleichgewicht gestört wird, wird als Stabilität bezeichnet. Die beiden Arten der Stabilität sind statisch und dynamisch.

4.5.2 Statische Stabilität #

Statische Stabilität bezieht sich auf die anfängliche Tendenz oder Bewegungsrichtung, zurück ins Gleichgewicht. In der Luftfahrt bezieht es sich auf die anfängliche Reaktion des Flugzeugs, wenn es von einer bestimmten AOA, einem Slip oder einer Bank gestört wird.

• Positive statische Stabilität – die anfängliche Tendenz des Flugzeugs, nach einer Störung in den ursprünglichen Gleichgewichtszustand zurückzukehren [Abbildung 4-18]
• Neutrale statische Stabilität – die anfängliche Tendenz des Flugzeugs, nach der Störung des Gleichgewichts in einem neuen Zustand zu bleiben [Abbildung 4-18]
• Negative statische Stabilität – die anfängliche Tendenz des Flugzeugs, sich nach der Störung vom ursprünglichen Gleichgewichtszustand fortzusetzen [Abbildung 4-18]

4.5.3 Dynamische Stabilität #

Die statische Stabilität wurde definiert als die anfängliche Tendenz, wieder ins Gleichgewicht zu kommen, das das Flugzeug nach einer Störung seines beschnittenen Zustands zeigt. Gelegentlich unterscheidet sich die anfängliche Tendenz von der Gesamttendenz, so dass zwischen den beiden unterschieden werden muss.

Dynamische Stabilität bezieht sich auf die Reaktion des Flugzeugs im Laufe der Zeit, wenn es von einer bestimmten AOA, einem Slip oder einer Bank gestört wird. Diese Art der Stabilität hat auch drei Subtypen: [Abbildung 4-19]

• Positive dynamische Stabilität – Im Laufe der Zeit nimmt die Bewegung des verschobenen Objekts in der Amplitude ab und, da es positiv ist, kehrt das Objekt verschoben in Richtung des Gleichgewichtszustands zurück.
• Neutrale dynamische Stabilität – Einmal verschoben, nimmt das verschobene Objekt weder ab noch nimmt die Amplitude zu. Ein abgenutzter Autodämpfer zeigt diese Tendenz.
• Negative dynamische Stabilität – Im Laufe der Zeit nimmt die Bewegung des verschobenen Objekts zu und wird divergierender.

Die Stabilität in einem Flugzeug betrifft zwei Bereiche erheblich:

• Manövrierfähigkeit – die Qualität eines Flugzeugs, das es ermöglicht, leicht zu manövrieren und den durch Manöver auferlegten Belastungen standzuhalten. Es wird durch das Gewicht, die Trägheit, die Größe und den Ort der Flugsteuerung, die strukturelle Festigkeit und das Triebwerk bestimmt. Es ist auch eine Flugzeugdesign-Eigenschaft.
• Kontrollierbarkeit – die Fähigkeit eines Flugzeugs, auf die Kontrolle des Piloten zu reagieren, insbesondere in Bezug auf Flugweg und Haltung. Es ist die Qualität der Reaktion des Flugzeugs auf die Steuerungsanwendung des Piloten beim Manövrieren des Flugzeugs, unabhängig von seinen Stabilitätseigenschaften.

4.5.4 Längsstabilität (Pitching) #

Bei der Entwicklung eines Flugzeugs wird viel Mühe auf die Entwicklung der gewünschten Stabilität um alle drei Achsen aufgewendet. Die Längsstabilität um die Seitenachse wird jedoch als am stärksten von bestimmten Variablen unter verschiedenen Flugbedingungen beeinflusst.

Längsstabilität ist die Qualität, die ein Flugzeug um seine seitliche Achse stabil macht. Es geht um die Pitching-Bewegung, wenn sich die Nase des Flugzeugs im Flug auf und ab bewegt. Ein längs instabiles Flugzeug neigt dazu, schrittweise in einen sehr steilen Tauchgang oder Aufstieg oder sogar in einen Stall zu tauchen oder zu klettern. Somit wird ein Flugzeug mit Längsinstabilität schwierig und manchmal gefährlich zu fliegen.

statische Längsstabilität oder Instabilität in einem Flugzeug, hängt von drei Faktoren ab: Position des Flügels in Bezug auf die CG-Position der horizontalen Heckflächen in Bezug auf den CG-Bereich oder die Größe der Heckflächen

Bei der Analyse der Stabilität sollte daran erinnert werden, dass sich ein frei drehender Körper immer um seinen CG dreht.

Zur statischen Längsstabilität muss das Verhältnis von Flügel- und Heckmomenten so sein, dass sich die Momente und das Flugzeug plötzlich nach oben schieben und sich die Flügel- und Endmomente ändern, so dass die Summe ihrer Kräfte ein unausgeglichenes, aber rückstandsbildendes Moment liefert, das wiederum die Nase bringt wieder runter. Wenn das Flugzeug nach unten steht, bringt die daraus resultierende Änderung der Momente die Nase wieder nach oben.

Die CL in den meisten asymmetrischen Tragflächen neigt dazu, ihre Vorder- und Hinterpositionen mit einer Änderung der AOA zu ändern. Das CL neigt dazu, sich mit einer Zunahme der AOA vorwärts zu bewegen und mit einer Abnahme der AOA nach hinten zu bewegen. Dies bedeutet, dass, wenn die AOA eines Schaufelblattes erhöht wird, das CL durch Vorwärtsbewegung dazu neigt, die Vorderkante des Flügels noch mehr anzuheben. Diese Tendenz verleiht dem Flügel eine inhärente Qualität der Instabilität. (Hinweis: Cl ist auch als Druckmittelpunkt (CP) bekannt.)

Abbildung 4-20 zeigt ein Flugzeug im geraden und ebenen Flug. Die Linie CG-CL-T repräsentiert die Längsachse des Flugzeugs vom CG bis zu einem Punkt T auf dem horizontalen Stabilisator.

Die meisten Flugzeuge sind so ausgelegt, dass sich der Flügel des Flügels auf der Rückseite des CG befindet. Dies macht das Flugzeug „nasenlastig“ und erfordert eine leichte Abwärtskraft auf dem horizontalen Stabilisator, um das Flugzeug auszugleichen und zu verhindern, dass die Nase ständig nach unten neigt. Eine Kompensation für diese Nasenschwere erfolgt durch Einstellen des horizontalen Stabilisators auf eine leicht negative AOA. Die so erzeugte Abwärtskraft hält den Schwanz nach unten, wodurch die „schwere“ Nase ausgeglichen wird. Es ist, als ob die Linie CG-CL-T ein Hebel mit einer Aufwärtskraft bei Cl und zwei sich balancierenden Abwärtskräften wäre, eine starke Kraft am CG-Punkt und die andere eine viel geringere Kraft an Punkt T (Abwärtsluftdruck auf den Stabilisator). Um dieses Physikprinzip besser zu visualisieren: Wenn am Punkt CL ein Eisenstab aufgehängt wäre und ein schweres Gewicht am CG hängt, würde der Druck am Punkt T nach unten gezogen, um den „Hebel“ im Gleichgewicht zu halten.

Obwohl der horizontale Stabilisator eben sein kann, wenn sich das Flugzeug im ebenen Flug befindet, wird die Luft von den Flügeln herunter gespült. Diese Absenkung trifft auf die Oberseite des Stabilisators und erzeugt einen Abwärtsdruck, der bei einer bestimmten Geschwindigkeit gerade ausreicht, um den „Hebel“ auszugleichen. Je schneller das Flugzeug fliegt, desto größer ist diese Absenkung und desto größer ist die Abwärtskraft auf den horizontalen Stabilisator (außer T-Schwänze). [Abbildung 4-21] Bei Flugzeugen mit horizontalen Stabilisatoren mit fester Position stellt der Flugzeughersteller den Stabilisator auf einen Winkel ein, der während des Fluges die beste Stabilität (oder Balance) bei der Entwurfsfahrtgeschwindigkeit und Leistungseinstellung bietet.

Wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs abnimmt, wird die Geschwindigkeit des Luftstroms über dem Flügel verringert. Infolge dieser verringerten Luftströmung über den Flügel wird die Abwaschung verringert, was zu einer geringeren Abwärtskraft auf den horizontalen Stabilisator führt. Die charakteristische Nasenschwere wird wiederum akzentuiert, wodurch die Nase des Flugzeugs stärker abfällt. [Abbildung 4-22] Dadurch wird das Flugzeug in einer nase-niedrigen Haltung versetzt, wodurch die AOA und der Luftwiderstand des Flügels verringert und die Fluggeschwindigkeit erhöht werden kann. Wenn das Flugzeug in der nase-niedrigen Haltung weitergeht und seine Geschwindigkeit zunimmt,

Die Abwärtskraft auf den horizontalen Stabilisator wird wieder erhöht. Folglich wird der Schwanz wieder nach unten gedrückt und die Nase steigt in eine Steighaltung.

Während dieser Anstieg weiter abnimmt, nimmt die Fluggeschwindigkeit wieder ab, wodurch die Abwärtskraft auf den Schwanz abnimmt, bis die Nase wieder absenkt. Da das Flugzeug dynamisch stabil ist, senkt sich die Nase diesmal nicht so weit wie zuvor. Das Flugzeug erhält in diesem allmählicheren Tauchgang genug Geschwindigkeit, um es in einen weiteren Aufstieg zu starten, aber der Aufstieg ist nicht so steil wie der vorhergehende.

Nach mehreren dieser abnehmenden Schwingungen, bei denen die Nase abwechselnd ansteigt und absenkt, setzt sich das Flugzeug schließlich auf eine Geschwindigkeit ab, bei der die Abwärtskraft auf das Heck der Tauchneigung genau entgegenwirkt. Wenn dieser Zustand erreicht wird, befindet sich das Flugzeug wieder im ausgeglichenen Flug und setzt sich im stabilisierten Flug fort, solange diese Einstellung und Fluggeschwindigkeit nicht geändert werden.

Ein ähnlicher Effekt wird beim Schließen der Drossel festgestellt. Das Abwaschen der Flügel wird reduziert und die Kraft bei T in Abbildung 4-20 reicht nicht aus, um den horizontalen Stabilisator nach unten zu halten. Es scheint, als ob die Kraft bei T am Hebel es der Schwerkraft ermöglichte, die Nase nach unten zu ziehen. Dies ist eine wünschenswerte Eigenschaft, da das Flugzeug von Natur aus versucht, die Fluggeschwindigkeit wiederherzustellen und das richtige Gleichgewicht wiederherzustellen.

Kraft oder Schub können auch eine destabilisierende Wirkung haben, da eine Erhöhung der Leistung dazu neigen kann, die Nase ansteigen zu lassen. Der Flugzeugentwickler kann dies ausgleichen, indem er eine „hohe Schublinie“ aufstellt, bei der die Schublinie über die CG geht. [Abbildungen 4-23 und 4-24] In diesem Fall wird, wenn die Leistung oder der Schub erhöht wird, ein Moment erzeugt, um der Abwärtsbewegung entgegenzuwirken

Belastung auf den Schwanz. Andererseits würde eine sehr „niedrige Schublinie“ dazu neigen, den Nasen-Aufwärts-Effekt der horizontalen Heckfläche zu erhöhen.

Fazit: Mit CG vor dem CL und mit aerodynamischer Heckkraft versucht das Flugzeug in der Regel wieder in eine sichere Fluglage zurückzukehren.

Das Folgende ist eine einfache Demonstration der Längsstabilität. Trimmen Sie das Flugzeug für „Hands Off“ -Steuerung im ebenen Flug. Dann geben Sie den Steuerelementen kurzzeitig einen leichten Druck, um das Flugzeug nach unten zu schnallen. Steigt die Nase innerhalb kurzer Zeit in die ursprüngliche Position und stoppt dann das Flugzeug statisch stabil. Normalerweise passiert die Nase die ursprüngliche Position (die des Levelfluges) und es folgt eine Reihe langsamer Pitching-Oszillationen. Wenn die Schwingungen allmählich aufhören, hat das Flugzeug eine positive Stabilität; Wenn sie ungleichmäßig weitergehen, hat das Flugzeug eine neutrale Stabilität; Wenn sie zunehmen, ist das Flugzeug instabil.

4.5.5 Seitenstabilität (Rollen) #

Die Stabilität um die Längsachse des Flugzeugs, die sich von der Nase des Flugzeugs bis zum Heck erstreckt, wird als seitliche Stabilität bezeichnet. Dies hilft, den seitlichen oder „rollenden Effekt“ zu stabilisieren, wenn ein Flügel tiefer wird als der Flügel auf der gegenüberliegenden Seite des Flugzeugs. Es gibt vier Hauptdesignfaktoren, die ein Flugzeug seitlich stabil machen: Dieder, Sweepback, Kiel-Effekt und Gewichtsverteilung.

Dieder Das üblichste Verfahren zur Erzeugung der Seitenstabilität besteht darin, die Flügel mit einem Winkel von ein bis drei Grad über senkrecht zur Längsachse zu bauen. Die Flügel auf beiden Seiten des Flugzeugs verbinden den Rumpf, um einen leichten V oder Winkel zu bilden, der als „Dieder“ bezeichnet wird. Die Menge der Dieder wird durch den Winkel gemessen, der von jedem Flügel über einer zur Seitenachse parallelen Linie erzeugt wird.

Die Dihedrale beinhaltet ein Gleichgewicht des Auftriebs, das durch die AOA der Flügel auf jeder Seite der Längsachse des Flugzeugs erzeugt wird. Wenn ein kurzzeitiger Windstoß einen Flügel zum Erheben und den anderen zum Absenken zwingt, biegt das Flugzeug ab. Wenn das Flugzeug ohne Drehen gebogen wird, tritt die Neigung zum Abrutschen oder Abrutschen in Richtung des abgesenkten Flügels auf. [Abbildung 4-25] Da die Flügel dieder haben, trifft die Luft auf den unteren Flügel mit einer viel größeren AOA als der höhere Flügel. Die erhöhte AOA am unteren Flügel erzeugt mehr Auftrieb als der höhere Flügel. Durch den erhöhten Auftrieb beginnt der untere Flügel nach oben zu steigen. Wenn sich die Flügel der ebenen Position nähern, ist die AOA auf beiden Flügeln wieder gleich, was dazu führt, dass die rollende Tendenz abklingt. Die Wirkung von Dieder ist die Erzeugung einer rollenden Tendenz, das Flugzeug in einen seitlich ausgeglichenen Flugzustand zurückzubringen, wenn ein Seitenschlupf auftritt.

Die Rückstellkraft kann den niedrigen Flügel zu weit nach oben bewegen, so dass der gegenüberliegende Flügel nun abfällt. Wenn dies der Fall ist, wird der Vorgang wiederholt und mit jeder seitlichen Schwingung abgenommen, bis schließlich ein Gleichgewicht für den Flug auf Flügelniveau erreicht ist.

Umgekehrt wirkt sich eine übermäßige Dieder negativ auf die seitlichen Manövrierqualitäten aus. Das Flugzeug kann seitlich so stabil sein, dass es einer absichtlichen Rollbewegung widersteht. Aus diesem Grund haben Flugzeuge, die schnelle Roll- oder Bankeigenschaften erfordern, normalerweise weniger Dieder als solche, die für eine geringere Manövrierfähigkeit ausgelegt sind.

Sweepback Sweepback ist eine Ergänzung zur Dieder, die den Auftrieb erhöht, wenn ein Flügel aus der ebenen Position fällt. Ein geschwungener Flügel ist einer, bei dem die Vorderkante rückwärts abfällt. Wenn eine Störung ein Flugzeug mit Sweepback dazu bringt, einen Flügel zu rutschen oder fallen zu lassen, zeigt der niedrige Flügel seine Vorderkante in einem Winkel, der senkrecht zum relativen Luftstrom ist. Infolgedessen erhält der niedrige Flügel mehr Auftrieb, steigt auf und das Flugzeug wird wieder in seiner ursprünglichen Fluglage.

Sweepback trägt auch zur Richtungsstabilität bei. Wenn Turbulenzen oder Ruderanwendungen das Flugzeug zur Seite gieren bewirkt, weist der rechte Flügel eine längere Vorderkante senkrecht zum relativen Luftstrom auf. Die Fluggeschwindigkeit des rechten Flügels nimmt zu und es erhält mehr Luftwiderstand als der linke Flügel. Der zusätzliche Widerstand auf dem rechten Flügel zieht es zurück und dreht das Flugzeug zurück auf seinen ursprünglichen Weg.

Kieleffekt und Gewichtsverteilung Ein Flugzeug hat immer die Tendenz, die Längsachse des Flugzeugs in den relativen Wind zu verwandeln. Diese „Wetterflügel“-Tendenz ähnelt dem Kiel eines Schiffes und übt einen stetigen Einfluss auf das Flugzeug seitlich um die Längsachse aus. Wenn das Flugzeug gestört ist und ein Flügel sinkt, wirkt das Rumpfgewicht wie ein Pendel, das das Flugzeug in seine ursprüngliche Haltung zurückbringt.

Seitlich stabile Flugzeuge sind so konstruiert, dass der größere Teil der Kielfläche über und hinter dem CG liegt. [Abbildung 4-26] Wenn also das Flugzeug zur Seite rutscht, neigt die Kombination des Flugzeuggewichts und des Luftstroms gegen den oberen Teil des Kielsbereichs (beide wirken um die CG) dazu, das Flugzeug zurück in den Flug auf Flügelebene zu rollen.

4.5.6 Vertikale Stabilität (gähnen) #

Die Stabilität um die vertikale Achse des Flugzeugs (das seitliche Moment) wird als Gähnen oder Richtungsstabilität bezeichnet. Gier- oder Richtungsstabilität ist die am einfachsten erreichte Stabilität im Flugzeugdesign. Die Fläche der vertikalen Flosse und die Seiten des Rumpfes hinter der CG sind die Hauptbeitragenden, die das Flugzeug wie die bekannte Wetterfahne oder den bekannten Pfeil wirken lassen und mit der Nase in den relativen Wind weisen.

Bei der Untersuchung einer Wetterfahne ist ersichtlich, dass, wenn genau die gleiche Oberfläche vor dem Drehpunkt wie dahinter dem Wind ausgesetzt wäre, die Kräfte vor und nach hinten im Gleichgewicht sind und eine geringe oder keine Richtungsbewegung entstehen würde. Folglich ist es notwendig, eine größere Oberfläche hinter dem Drehpunkt als vor ihm zu haben.

Ebenso muss der Flugzeugkonstrukteur eine positive Richtungsstabilität gewährleisten, indem er die Seitenfläche nach hinten größer macht als vor dem CG. [Abbildung 4-27] Um eine zusätzliche positive Stabilität gegenüber dem Rumpf zu gewährleisten, wird eine vertikale Flosse hinzugefügt. Die Flosse wirkt ähnlich wie die Feder auf einem Pfeil, wenn sie den geraden Flug aufrechterhält. Wie die Wetterfahne und der Pfeil, je weiter diese Flosse hinter dieser Flosse platziert ist und je größer die Richtungsstabilität des Flugzeugs ist.

Wenn ein Flugzeug in einer geraden Linie fliegt und ein seitlicher Luftstoß dem Flugzeug eine leichte Drehung um seine vertikale Achse (d. H. Rechts) verleiht, wird die Bewegung durch die Flosse verzögert und gestoppt, da sich die Luft während der Drehung des Flugzeugs nach rechts auf die linke Seite der Flosse schlägt Winkel Dies verursacht Druck auf der linken Seite der Flosse, der der Drehbewegung widersteht und das Flugzeug des Flugzeugs verlangsamt. Dabei ist es

Verhält sich ähnlich wie die Wetterfahne, indem sie das Flugzeug in den relativen Wind verwandelt. Die anfängliche Richtungsänderung des Flugweges des Flugzeugs liegt im Allgemeinen leicht hinter dem Kurswechsel. Daher gibt es nach einem leichten Gieren des Flugzeugs nach rechts einen kurzen Moment, in dem sich das Flugzeug noch auf seinem ursprünglichen Weg bewegt, seine Längsachse jedoch leicht nach rechts zeigt.

Das Flugzeug rutscht dann vorübergehend seitwärts, und während dieses Moments (da angenommen wird, dass die Gähnbewegung angehalten ist, der Überdruck auf der linken Seite der Flosse immer noch andauert), besteht zwangsläufig eine Tendenz, dass das Flugzeug teilweise nach links zurückgedreht wird. Das heißt, es gibt eine momentane Wiederherstellungsneigung, die durch die Flosse verursacht wird.

Diese Wiederherstellungstendenz entwickelt sich relativ langsam und hört auf, wenn das Flugzeug aufhört zu rutschen. Wenn es aufhört, fliegt das Flugzeug in eine Richtung, die etwas von der ursprünglichen Richtung abweicht. Mit anderen Worten, es wird nicht von selbst nach der ursprünglichen Überschrift zurückkehren; Der Pilot muss die ursprüngliche Überschrift wiederherstellen.

Eine geringfügige Verbesserung der Richtungsstabilität kann durch Rückkehr erzielt werden. Sweepback ist in das Design des Flügels integriert, um den Beginn der Kompressibilität während eines Hochgeschwindigkeitsfluges zu verzögern. In leichteren und langsameren Flugzeugen hilft Sweepback, den Druckmittelpunkt in der richtigen Beziehung zum CG zu lokalisieren. Ein längsstabiles Flugzeug wird mit dem Druckmittelpunkt achtern der CG gebaut.

Aus strukturellen Gründen können Flugzeugkonstrukteure die Flügel manchmal nicht genau an der gewünschten Stelle am Rumpf befestigen. Wenn sie die Flügel zu weit nach vorne und rechtwinklig zum Rumpf montieren müssten, wäre die Druckmitte nicht weit genug nach hinten, um die gewünschte Höhe der Längsstabilität zu erzielen. Durch das Einbauen von Rückkehr in die Flügel können die Konstrukteure den Druckmittelpunkt jedoch nach hinten bewegen. Die Höhe des Rückschlags und die Position der Flügel stellen dann den Druckmittelpunkt an der richtigen Stelle.

Der Beitrag des Flügels zur statischen Richtungsstabilität ist in der Regel gering. Der geschwemmte Flügel leistet je nach Ausmaß des Sweepbacks einen stabilen Beitrag, der Beitrag ist jedoch im Vergleich zu anderen Komponenten relativ gering.

4.5.7 Freie Richtungsschwingungen (Niederwurzel) #

Dutch Roll ist eine gekoppelte laterale / gerichtete Oszillation, die normalerweise dynamisch stabil ist, in einem Flugzeug jedoch aufgrund der oszillatorischen Natur unsicher ist. Die Dämpfung des Oszillationsmodus kann je nach den Eigenschaften des jeweiligen Flugzeugs schwach oder stark sein.

Wenn das Flugzeug einen rechten Flügel nach unten gedrückt hat, korrigiert der positive Seitenwinkel den Flügel seitlich, bevor die Nase mit dem relativen Wind neu ausgerichtet wird. Wenn der Flügel die Position korrigiert, kann es zu einer seitlichen Richtungsschwingung kommen, die dazu führt, dass die Nase des Flugzeugs infolge zweier Schwingungen (Roll und Gier) eine Acht am Horizont bildet, die zwar in etwa der gleichen Größe, aber nicht phasenverschoben sind.

In den meisten modernen Flugzeugen, mit Ausnahme von Hochgeschwindigkeits-Schwingflügeln, sterben diese freien Richtungsschwingungen normalerweise automatisch in sehr wenigen Zyklen aus, es sei denn, die Luft ist weiterhin böig oder turbulent. Diese Flugzeuge mit fortdauernden holländischen Rolltendenzen sind in der Regel mit gyrostabilisierten Gierdämpfern ausgestattet. Hersteller versuchen, einen Mittelpunkt zwischen zu viel und zu wenig Richtungsstabilität zu erreichen. Da es für das Flugzeug wünschenswerter ist, eine „Spiralinstabilität“ als niederländische Rollneigungen zu haben, sind die meisten Flugzeuge mit dieser Eigenschaft ausgelegt.

4.5.8 Spiralinstabilität #

Spiralinstabilität tritt auf, wenn die statische Richtungsstabilität des Flugzeugs im Vergleich zum Effekt seiner Dieder auf die Aufrechterhaltung des lateralen Gleichgewichts sehr stark ist. Wenn das seitliche Gleichgewicht des Flugzeugs durch einen Luftstoß gestört wird und ein Seitenschlupf eingeleitet wird, neigt die starke Richtungsstabilität dazu, die Nase in den resultierenden relativen Wind zu gieren, während die vergleichsweise schwachen Dieder nach hinten beim Wiederherstellen des seitlichen Gleichgewichts liegen. Durch dieses Gieren fährt der Flügel an der Außenseite des Wendemoments schneller vorwärts als der Innenflügel und dadurch wird sein Auftrieb größer. Dies führt zu einer Überbanktendenz, die, wenn sie vom Piloten nicht korrigiert wird, dazu führt, dass der Uferwinkel steiler und steiler wird. Gleichzeitig zwingt die starke Richtungsstabilität, die das Flugzeug in den relativen Wind geißt, die Nase tatsächlich zu einer niedrigeren Tonhöhenlage. Es beginnt eine langsame Abwärtsspirale, die, wenn sie nicht vom Piloten entgegengewirkt wird, allmählich zu einem steilen Spiraltauchgang ansteigt. Normalerweise ist die Divergenzrate in der Spiralbewegung so allmählich, dass der Pilot die Tendenz problemlos kontrollieren kann.

Alle Flugzeuge sind bis zu einem gewissen Grad von dieser Eigenschaft betroffen, obwohl sie in allen anderen normalen Parametern inhärent stabil sein können. Diese Tendenz erklärt, warum ein Flugzeug nicht auf unbestimmte Zeit „Hände ab“ geflogen werden kann.

In der Entwicklung von Steuergeräten (Wing Leveler) wurde viel geforscht, um diese Instabilität zu korrigieren oder zu beseitigen. Der Pilot muss bei der Anwendung von Wiederherstellungskontrollen in fortgeschrittenen Phasen dieses spiralförmigen Zustands vorsichtig sein oder übermäßige Belastungen auf die Struktur auferlegt werden. Eine unangemessene Wiederherstellung von spiralförmigen Instabilitäten, die zu strukturellen Ausfällen im Flug führt, hat wahrscheinlich zu mehr Todesfällen in allgemeinen Luftfahrtflugzeugen beigetragen als jeder andere Faktor. Da sich die Fluggeschwindigkeit im spiralförmigen Zustand schnell aufbaut, wird durch die Anwendung der hinteren Aufzugskraft, diese Geschwindigkeit zu verringern und die Nase nach oben zu ziehen, nur „die Drehung verschärft“, was den Lastfaktor erhöht. Die Ergebnisse der längeren unkontrollierten Spirale sind ein Versagen des Flugstruktur- oder eines Zusammenstoßes in den Boden oder beides. Die am häufigsten aufgezeichneten Ursachen für Piloten, die in diese Situation geraten, sind: Verlust der Horizontreferenz, Unfähigkeit, das Flugzeug durch Bezugnahme auf Instrumente zu kontrollieren, oder eine Kombination aus beiden.