4.6.1 Kräfte in Runden #

Wenn ein Flugzeug im geraden und ebenen Flug von vorne gesehen wurde [Figure 4-28]und wenn die auf das Flugzeug einwirkenden Kräfte

könnte man sehen, Heben und Gewicht wären offensichtlich: zwei Kräfte. Wenn sich das Flugzeug in einer Bank befand, wäre es offensichtlich, dass der Aufzug nicht direkt dem Gewicht gegenüber wirkte, sondern nun in Richtung der Bank wirkt. Eine grundlegende Wahrheit über Kurven: Wenn das Flugzeug biegt, wirkt der Aufzug sowohl in Richtung Mitte der Kurve als auch nach oben.

Newtons erstes Bewegungsgesetz, das Trägheitsgesetz, besagt, dass ein ruhender oder sich bewegender Gegenstand in Ruhe bleibt oder sich in einer geraden Linie weiter bewegt, bis es von einer anderen Kraft beaufschlagt wird. Ein Flugzeug benötigt wie jedes sich bewegende Objekt eine seitliche Kraft, um es zu drehen. In einer normalen Kurve wird diese Kraft durch das Abbiegen des Flugzeugs geliefert, so dass der Aufzug sowohl nach innen als auch nach oben ausgeübt wird. Die Auftriebskraft während einer Kurve wird senkrecht zueinander in zwei Komponenten aufgeteilt. Eine Komponente, die vertikal und entgegengesetzt zum Gewicht (Schwerkraft) wirkt, wird als „vertikale Komponente des Auftriebs“ bezeichnet. Die andere, die horizontal zur Mitte der Kurve wirkt, wird als „horizontale Komponente des Auftriebs“ oder der Zentripetalkraft bezeichnet. Die horizontale Komponente des Aufzugs ist die Kraft, die das Flugzeug von einem geraden Flugweg zieht, um es zu drehen. Die Zentrifugalkraft ist die „gleiche und entgegengesetzte Reaktion“ des Flugzeugs auf die Richtungsänderung und wirkt gleich und entgegengesetzt zur horizontalen Komponente des Aufzugs. Dies erklärt, warum in einer korrekt ausgeführten Kurve die Kraft, die das Flugzeug dreht, nicht vom Ruder versorgt wird. Das Ruder wird verwendet, um jede Abweichung zwischen der geraden Spur von Nase und Heck des Flugzeugs zu korrigieren. Eine gute Wende ist eine, bei der die Nase und das Heck des Flugzeugs auf demselben Weg folgen. Wenn in einer Kurve kein Ruder verwendet wird, gierst die Nase des Flugzeugs nach außen. Das Ruder wird verwendet, um die Nase wieder in Einklang mit dem relativen Wind zu bringen.

Ein Flugzeug wird nicht wie ein Boot oder ein Auto gesteuert. Damit sich ein Flugzeug drehen kann, muss es überwiesen werden. Wenn es nicht überwiesen wird, steht keine Kraft zur Verfügung, um von einem geraden Flugweg abzuweichen. Umgekehrt dreht sich ein Flugzeug, wenn es nicht in die Kurve rutscht, wenn ein Flugzeug gesäumt wird.

Eine gute Richtungskontrolle basiert auf der Tatsache, dass das Flugzeug versucht, sich zu drehen, wenn es überwiesen wird. Piloten sollten diese Tatsache berücksichtigen, wenn sie versuchen, das Flugzeug in einem geraden Flug zu halten.

Das bloße Einsetzen des Flugzeugs in eine Kurve führt zu keiner Änderung der Gesamthöhe des entwickelten Aufzugs. Da der Aufzug während der Bank in vertikale und horizontale Komponenten unterteilt ist, wird die Höhe des Auftriebs gegenüber der Schwerkraft und das Tragen des Flugzeugs verringert. Folglich verliert das Flugzeug die Höhe, wenn kein zusätzlicher Auftrieb erzeugt wird. Dies geschieht durch Erhöhen der AOA, bis die vertikale Komponente des Auftriebs wieder dem Gewicht entspricht. Da die vertikale Komponente des Auftriebs mit zunehmendem Uferwinkel abnimmt, muss die AOA progressiv erhöht werden, um einen ausreichenden vertikalen Auftrieb zu erzeugen, um das Gewicht des Flugzeugs zu tragen. Eine wichtige Tatsache, an die sich Piloten bei konstanter Höhendrehung erinnern sollten, ist, dass die vertikale Komponente des Aufzugs gleich dem Gewicht sein muss, um die Höhe aufrechtzuerhalten.

Bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit hängt die Geschwindigkeit, mit der sich ein Flugzeug dreht, von der Größe der horizontalen Komponente des Aufzugs ab. Es wird festgestellt, dass die horizontale Komponente des Aufzugs proportional zum Bankwinkel ist, dh sie steigt bzw. abnimmt, wenn der Bankwinkel zunimmt oder abnimmt. Mit zunehmendem Winkel der Bank nimmt die horizontale Komponente des Aufzugs zu, wodurch die Fäulnis erhöht wird. Folglich kann bei jeder gegebenen Fluggeschwindigkeit die Fäulnis durch Einstellen des Winkels der Bank gesteuert werden.

Um eine vertikale Komponente des Aufzugs bereitzustellen, die ausreicht, um die Höhe in einer ebenen Kurve zu halten, ist eine Erhöhung der AOA erforderlich. Da der Luftwiderstand des Schaufelblatts direkt proportional zu seiner AOA ist, nimmt der induzierte Luftwiderstand zu, wenn der Auftrieb erhöht wird. Dies wiederum verursacht einen Fluggeschwindigkeitsverlust proportional zum Bankwinkel. Ein kleiner Bankwinkel führt zu einer geringen Reduzierung der Fluggeschwindigkeit, während ein großer Bankwinkel zu einer starken Reduzierung der Fluggeschwindigkeit führt. Zusätzlicher Schub (Leistung) muss sein

angewendet, um eine Reduzierung der Fluggeschwindigkeit in ebenen Windungen zu verhindern. Die erforderliche Menge an zusätzlichem Schub ist proportional zum Bankwinkel.

Um einen zusätzlichen Auftrieb zu kompensieren, der sich ergeben würde, wenn die Fluggeschwindigkeit während einer Kurve erhöht würde, muss die AOA verringert oder der Winkel der Bank erhöht werden, wenn eine konstante Höhe aufrechterhalten werden soll. Wenn der Winkel der Bank konstant gehalten wird und die AOA abnimmt, nimmt die Fäulnis ab. Um eine konstante Fäulnis zu erhalten, wenn die Fluggeschwindigkeit erhöht wird, muss die AOA konstant bleiben und der Winkel der Bank erhöht werden.

Eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit führt zu einer Erhöhung des Wenderadius, und die Zentrifugalkraft ist direkt proportional zum Kurvenradius. In einer korrekt ausgeführten Kurve muss die horizontale Komponente des Aufzugs exakt gleich und entgegengesetzt zur Fliehkraft sein. Wenn die Fluggeschwindigkeit in einer konstanten Drehzahl erhöht wird, nimmt der Radius der Wende zu. Diese Zunahme des Drehradius bewirkt eine Erhöhung der Fliehkraft, die durch eine Erhöhung der horizontalen Aufzugskomponente ausgeglichen werden muss, die nur durch eine Erhöhung des Uferwinkels erhöht werden kann.

Bei einer Schlupfkurve dreht sich das Flugzeug nicht mit der für die verwendeten Bank geeigneten Rate, da das Flugzeug nach außen auf den abbiegenden Flugweg gegeißen wird. Das Flugzeug wird zu stark für die Fäulnis gesenkt, so dass die horizontale Hebekomponente größer ist als die Fliehkraft. [Figure 4-29] Das Gleichgewicht zwischen der horizontalen Hebekomponente und der Fliehkraft wird wieder hergestellt, indem entweder die Bank verringert, die Fäulnis erhöht oder eine Kombination der beiden Änderungen vorhanden ist.

Eine Schleuderdrehung resultiert aus einem Überschuss an Fliehkraft über die horizontale Aufzugskomponente und zieht das Flugzeug nach außen. Die Fäulnis ist zu groß für den Winkel der Bank. Die Korrektur einer Schleuderkurve beinhaltet somit eine Verringerung der Fäulnis, eine Zunahme der Bank oder eine Kombination der beiden Änderungen.

Um eine gegebene Fäulnis aufrechtzuerhalten, muss der Winkel der Bank mit der Fluggeschwindigkeit variiert werden. Dies wird besonders bei Hochgeschwindigkeitsflugzeugen wichtig. Zum Beispiel muss ein Flugzeug bei 400 Meilen pro Stunde (mph) ungefähr 44 ° gesenkt werden, um eine Standarddrehung (3 ° pro Sekunde) auszuführen. Bei diesem Uferwinkel bilden nur etwa 79 Prozent des Aufzugs des Flugzeugs die vertikale Komponente des Aufzugs. Dies führt zu einem Höhenverlust, es sei denn, die AOA wird ausreichend erhöht, um den Verlust des vertikalen Auftriebs zu kompensieren.

4.6.2 Kräfte in Steigungen #

Für alle praktischen Zwecke ist das Flügellift in einem normalen Aufstieg der gleiche wie bei einem stationären Flug bei derselben Fluggeschwindigkeit. Obwohl sich die Flugbahn des Flugzeugs beim Aufbau des Aufstiegs veränderte, kehrt die AOA des Flügels in Bezug auf den geneigten Flugweg auf praktisch die gleichen Werte zurück wie der Aufzug. Es gibt eine anfängliche vorübergehende Änderung, wie in Abbildung 4-30 gezeigt. Beim Übergang vom geraden und ebenen Flug zum Aufstieg tritt eine Änderung des Aufzugs auf, wenn der hintere Aufzugsdruck angelegt wird. Das Anheben der Flugzeugnase erhöht die AOA und erhöht vorübergehend den Auftrieb. Der Auftrieb ist jetzt größer als das Gewicht und startet das Klettern des Flugzeugs. Nachdem der Flugweg auf der Steigung nach oben stabilisiert ist, kehren die AOA und der Lift wieder auf etwa die ebenen Flugwerte zurück.

Wenn der Anstieg ohne Änderung der Leistungseinstellung eingegeben wird, nimmt die Fluggeschwindigkeit allmählich ab, da der Schub, der erforderlich ist, um eine bestimmte Fluggeschwindigkeit im Levelflug aufrechtzuerhalten, nicht ausreicht, um die gleiche Fluggeschwindigkeit bei einem Anstieg aufrechtzuerhalten. Wenn der Flugweg nach oben geneigt ist, wirkt eine Komponente des Flugzeuggewichts in die gleiche Richtung und parallel zum Gesamtwiderstand des Flugzeugs, wodurch der gesamte effektive Luftwiderstand erhöht wird. Folglich ist der Gesamtwiderstand größer als die Leistung und die Fluggeschwindigkeit nimmt ab. Die Verringerung der Fluggeschwindigkeit führt allmählich zu einer entsprechenden Abnahme des Luftwiderstands, bis der Gesamtwiderstand (einschließlich der Gewichtskomponente, die in die gleiche Richtung wirkt) gleich dem Schub ist. [Figure 4-31] Aufgrund des Impulses ist die Änderung der Fluggeschwindigkeit allmählich und variiert erheblich mit den Unterschieden in Flugzeuggröße, Gewicht, Gesamtwiderstand und anderen Faktoren. Folglich ist der Gesamtwiderstand größer als der Schub und die Fluggeschwindigkeit nimmt ab.

Im Allgemeinen werden die Kräfte von Schub und Schlepp sowie Heben und Gewicht wieder ausgeglichen, wenn sich die Fluggeschwindigkeit stabilisiert, jedoch mit einem niedrigeren Wert als beim geraden Flug bei derselben Leistungseinstellung. Da das Gewicht des Flugzeugs während eines Anstiegs nicht nur nach unten, sondern auch rückwärts wirkt, ist zusätzliche Leistung erforderlich, um die gleiche Fluggeschwindigkeit wie im Höhenflug aufrechtzuerhalten. Die Leistung hängt vom Steigwinkel ab. Wenn der Anstieg steil genug ist, dass unzureichende Leistung zur Verfügung steht, ergibt sich eine langsamere Geschwindigkeit.

Der für einen stabilisierten Anstieg erforderliche Schub entspricht dem Widerstand plus einem Gewichtsprozentsatz, der vom Steigwinkel abhängig ist. Zum Beispiel würde ein Anstieg um 10 ° einen Schub erfordern, um den Luftwiderstand plus 17 Prozent des Gewichts zu erreichen. Um gerade nach oben zu klettern, würde ein Schub erforderlich sein, um das gesamte Gewicht und den Widerstand zu erreichen. Daher hängt der Steigwinkel für die Steigleistung von der Menge an verfügbarer Kraft ab, die zur Überwindung eines Gewichtsanteils verfügbar ist. Beachten Sie, dass Flugzeuge aufgrund von übermäßigem Schub einen Anstieg aufrechterhalten können. Wenn der überschüssige Schub weg ist, kann das Flugzeug nicht mehr klettern. Zu diesem Zeitpunkt hat das Flugzeug seine „absolute Decke“ erreicht.

4.6.3 Kräfte in Abfahrten #

Wie bei Anstiegen durchlaufen die Kräfte, die auf das Flugzeug wirken, bestimmte Veränderungen, wenn ein Abstieg aus dem geraden und ebenen Flug eingegeben wird. Für das folgende Beispiel sinkt das Flugzeug mit der gleichen Leistung, die im geraden und ebenen Flug verwendet wird.

Wenn der Vorwärtsdruck auf das Steuerjoch ausgeübt wird, um den Abstieg zu initiieren, wird die AOA vorübergehend verringert. Anfangs bewirkt der Impuls des Flugzeugs, dass das Flugzeug auf demselben Flugweg kurz andauert. In diesem Moment nimmt die AOA ab, wodurch der Gesamthub abnimmt. Wenn das Gewicht jetzt größer ist als das Aufheben, beginnt das Flugzeug abzusteigen. Gleichzeitig führt der Flugweg von der Ebene zu einem absteigenden Flugweg. Verwechseln Sie nicht eine Absenkung des Aufzugs mit der Unfähigkeit, genügend Auftrieb zu erzeugen, um den ebenen Flug aufrechtzuerhalten. Der Flugweg wird mit verfügbarem Schub in Reserve und mit dem Aufzug manipuliert.

Um mit der gleichen Fluggeschwindigkeit wie im geraden und ebenen Flug absteigen zu können, muss die Leistung beim Eintreten der Abfahrt reduziert werden. Die Gewichtskomponente, die entlang der Flugbahn vorwärts wirkt, nimmt zu, wenn der Winkel der Abstiegsrate zunimmt und umgekehrt, wenn der Winkel der Abstiegsrate abnimmt. Die Gewichtskomponente, die entlang der Flugbahn vorwärts wirkt, nimmt zu, wenn der Winkel der Abstiegsrate zunimmt und umgekehrt, wenn der Winkel der Abstiegsrate abnimmt.