Grundlagen des Fliegens Flashcards
Was ist die Machzahl?
Das Verhältnis von Geschwindigkeit zur lokalen Schallgeschwindigkeit.
Was sagt das 1. Gesetz von Newton?
Trägheit: Wenn keine Kräfte wirken, bewegt sich Körper gleichförmig weiter.
Was sagt das 2. Gesetz von Newton?
Aktionsprinzip/Impulssatz:
Kraft = Masse * Beschleunigung, bzw
Beschleunigung = Kraft / Masse
Was sagt das 3. Gesetz von Newton?
Wechselwirkungsprinzip: Wenn Körper A auf B eine Kraft ausübt, so wirkt eine gleich große, entgegengesetzte Kraft von B auf A.
Wie ist Dichte definiert?
Dichte = Masse / Volumen
In welcher Höhe ist die Luftdichte etwa halb so groß wie auf Meeresspiegelniveau?
22.000 ft
Allgemeine Gasgleichung
Dichte = Druck / (spezif. Gaskonstante * Temperatur)
Die Gaskonstante hängt dabei von der Luftfeuchtigkeit ab.
In welcher Höhe ist der Luftdruck etwa halb so groß wie auf Meeresspiegelniveau?
18.000 ft
Was ist der dynamische Druck / Staudruck?
Erhöhung des Drucks am Staupunkt eines umströmten Körpers gegenüber dem statischen Druck:
Staudruck = Dichte/2 * V^2
Formel potentielle Energie?
Epot = m * g * h
Formel kinetische Energie?
Ekin = m * v^2 / 2
Gleichung von Bernoulli
Bei stationären, inkompressiblen, reibungsfreien Strömungen ohne Schwereeinflüsse:
statischer Druck + dynamischer Druck = Gesamtdruck = konstant
(Analog zur Energieerhaltung, dabei übernimmt die Dichte die Rolle der Masse.) Daraus folgt, dass bei Beschleunigung der statische Druck abnehmen muss.
Unter welchen Voraussetzungen ist Luft im wesentlichen inkompressibel?
Bis zu einem dynamischen Druck der bei etwa 200 kts (0,3 Mach) auftritt.
Was ist die calibrated Airspeed (CAS)?
Die durch Anzeigefehler und Positionsfehler des Staurohrs korrigierte IAS
Was ist die equivalent Airspeed (EAS)?
Bei großen Flughöhen > 10.000 ft und großen Geschwindigkeiten > 200 kts führt die Kompressibilität der Luft zu zu großer CAS, die dafür korrigierte Geschwindigkeit ist die EAS.
Was ist die true Airspeed (TAS)?
Die für die Luftdichte korrigierte Geschwindigkeit.
TAS = EAS * sqrt(1 / sigma)
Wobei Sigma das Dichteverhältnis von Dichte zu Dichte auf Meeresspiegel ist (meistens < 1 ;) )
Warum beschleunigt sich der Fluss von inkompressiblem Fluid wenn sich eine Röhre verengt?
Weil der Durchfluss von Volumen pro Zeit gleich bleibt
Was kommt bei 3D Strömungen im Vergleich zu 2D Strömungen hinzu?
Zusätzliche Betrachtung von Querströmungen zur Betrachtungsebene
Wie entsteht der Auftrieb an der Tragfläche?
- Verdickung des Profils erzeugt Verengung = Beschleunigung = Unterdruck
- Tragflächenprofil mit stärkerer Krümmung oben, erzeugt oben größeren Unterdruck
- Anstellwinkel wirkt wie Verstärkung der Krümmung auf der Oberseite
- Der Anteil der resultierenden Kraft senkrecht zur Strömungsrichtung ist die Auftriebskraft
- Der Anteil der Kraft in Strömungsrichtung ist Teil der Widerstandskraft
Existiert auf der Tragflächenunterseite Überdruck?
Bei durchschnittlichem Tragflügelprofil erst ab etwa 13° Anstellwinkel
Was ist der Anstellwinkel (angle of attack)?
Winkel zwischen Anströmungsrichtung und Profilsehne
Was ist der Druckpunkt?
Der theoretische Punkt an dem die resultierende aerodynamische Kraft ansetzt
Was passiert mit dem Druckpunkt wenn der Anstellwinkel steigt?
Bei symmetrischem Profil gar nichts.
Bei asymmetrischem Profil wandert der Druckpunkt nach vorne, da der Unterdruck vor allem im vorderen oberen Teil steigt
Was ist das Dickenverhältnis eines Tragflügels?
Verhältnis zwischen Profiltiefe und maximaler Dicke des Profils
Was ist die Profilsehne eines Tragflügels?
geradlinige Verbindung zwischen Flügelvorder- und Flügelhinterkante
Was ist die Wölbungslinie eines Tragflügels?
Skelettlinie, “camber line”, Linie aller Punkte die gleichen Abstand zu Ober- und Unterkante haben
Was ist die Wölbung eines Tragflügels?
Der maximale Abstand zwischen Skelettlinie und Profilsehne
Was ist die Streckung eines Tragflügels und was ist der Einfluss auf die Flugeigenschaften?
Flügelstreckung ist Spannweite^2/Bezugsflügelfläche. Hohe Streckung reduziert auftriebsinduzierten Widerstand.
Wo befindet sich normalerweise der Schwerpunkt eines Flugzeuges im Verhältnis zu der Flügeltiefe?
Im Schnitt bei etwa 25% von vorne
Was ist eine Pfeilung eines Flügels?
Wenn die Linie der 25%-Punkte des Flügels nicht senkrecht zum Flugzeug steht
Was ist eine V-Form eines Flügels?
Wenn die Flügel nach oben oder unten gebogen sind
Was ist geometrische Schränkung eines Flügels?
Änderung des lokalen Anstellwinkels entlang des Flügels
Was ist der Einstellwinkel eines Flügels?
Der Anstellwinkel unter dem die Tragflügel am Rumpf sitzen
Was sind Umschlagpunkt und Ablösepunkt beim umströmten Flügel?
Umschlagpunkt: Wo die laminare Grenzschicht zu turbulenter Grenzschicht wird
Ablösepunkt: Wo sich die turbulente Grenzschicht in turbulente Strömung ablöst und nicht mehr zur Auftriebserzeugung beiträgt
Wie sieht die Strömung bei Strömungsabriss aus?
Der Ablösepunkt ist soweit nach vorne gewandert, dass nicht mehr genug Auftrieb erzeugt werden kann
Beschreibe den Alpha-Ca-Graph
Ca (Auftriebskoeffizient) und Cw (Widerstandskoeffizient) aufgetragen über Anstellwinkel.
Ca bis zum Strömungsabriss Linear steigend, danach schnell abfallend
Cw erst flach, dann immer schneller steigend
Formel Auftriebskraft / Auftriebsbeiwert
Fa = dichte/2 * V^2 * Sf * Ca
Fa = Auftriebskraft, Sf = Flügelfläche, Ca = Auftriebskoeffizient
Auftriebskraft ist quadratisch zu Geschwindigkeit und Linear zu Auftriebskoeffizient
Wobei Auftriebskoeffizient linear ist zu Anstellwinkel
Formel Widerstandskraft / Widerstandsbeiwert
Formel ist so wie für Auftrieb
In welche zwei Teilaspekte teilt man normalerweise den Widerstandsbeiwert
Induzierter Widerstand: Durch die Auftriebserzeugung
Parasitärer Widerstand: Durch Reibung und Profilfaktoren
Was ist die Lilienthal Polare (Polardiagramm) und was lässt sich daraus ablesen?
Trägt den Auftriebskoeffizienten über dem Widerstandskoeffizienten ab.
Der Punkt am weitesten links, der die x-Achse trifft, zeigt den Widerstandskoeffizienten für den parasitären Widerstand an (Auftriebskoeffizient = 0)
Minimaler Gleitwinkel = Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand maximal = Gerade von Ursprung zu Punkt hat größte Steigung
Warum sind Tragflügel von vorne gesehen meist ein sehr lang gestrecktes Oval?
Diese Form resultiert in gleichförmigem Auftriebskoeffizient von Innen nach Außen betrachtet.
Wie entstehen Wirbelschleppen?
Am Tragflächenende findet Druckausgleich von unten nach oben über den Rand statt, was links einen Wirbel im Uhrzeigersinn und rechts einen Wirbel gegen den Uhrzeigersinn ergibt.
Aus welchen Widerständen setzt sich der parasitäre Widerstand zusammen?
Profilwiderstand: Formwiderstand und Reibungswiderstand
Formwiderstand: Verdrängungswirkung und Wirbel. Am größten für senkrechtes Brett, am kleinsten für Tropfenform.
Reibungswiderstand: An der Grenzschicht.
Interferenzwiderstand: Wechselwirkung der verschiedenen Baugruppen (Rumpf, Flügel, Triebwerke, …), besonders groß wenn der Fluss über den Flügel gestört wird.
Wie verhält sich der parasitäre Widerstand zur Geschwindigkeit?
quadratisch (wachsend)
Wodurch entsteht der induzierte Widerstand?
Durch den Druckausgleich an den Flügelhinterkanten und um die Flügelspitzen
Wie verhält sich der induzierte Widerstand zur Geschwindigkeit?
invers quadratisch (sinkend)
Wie verhält sich der Gesamtwiderstand zur Geschwindigkeit?
groß bei kleinen Geschwindigkeiten, groß bei großen Geschwindigkeiten, dazwischen liegt ein Minimum, dass dem L/D(max) (Lift durch Drag) aus der Lilienthal Polare entspricht.
Was ist der Bodeneffekt, wann entsteht er, und was sind die Auswirkungen für Tiefdecker?
Verstärkter Auftrieb durch verstärkten Druck in Luftpolster am Boden, und verringerter Widerstand durch Glättung der Wirbel und des Downwasch am Boden.
Abstand von Tragfläche zu Boden kleiner als Halbspannweite.
Tiefdecker heben früher ab und schweben bei Landung länger als Hochdecker.
Wohin wandert der Druckpunkt bei Annäherung an Strömungsabriss?
nach vorne
Wie entsteht das Buffet / Rütteln kurz vor Strömungsabriss?
Die turbulenten Ablösungen treffen auf das Höhenlaufwerk
Wie soll das Flugzeug bei Strömungsabriss kontrolliert werden?
Primär Höhenruder zur Verringerung des Anstellwinkels.
Sekundär Seitenruder zur Lagekontrolle.
Gar nicht mit Querruder, da dies zu einseitigem Strömungsabriss, Querruderumkehrwirkung und Trudeln führen kann.
Was ist der Einfluss des Schwerpunkts auf die Überziehgeschwindigkeit?
Vordere Schwerpunktlage erhöht die Überziehgeschwindigkeit (Nase will runter, was durch höheren Anstellwinkel/Auftrieb am Tragflügel kompensiert werden muss.)
Was ist der Einfluss der Gesamtmasse = Flächenbelastung auf die Überziehgeschwindigkeit?
höhere Masse = höhere Überziehgeschwindigkeit (da mehr Auftrieb nötig)
Was ist das Lastvielfache und welche Auswirkung hat es auf die Überziehgeschwindigkeit?
Wenn der nötige Auftrieb ungleich Gewichtskraft, wird der Faktor dazwischen Lastvielfaches genannt.
Kurven: Auftrieb steht schräg zu Gewichtskraft, muss also größer sein.
Positives Lastvielfaches erhöht Überziehgeschwindigkeit.
Bei Parabelflug gibt es keine Überziehgeschwindigkeit, da kein Auftrieb erforderlich ist.
Was ist ein accelerated stall (beschleunigtes Überziehen)?
Stall durch Erhöhung des Lastvielfachen
Was ist geometrische Schränkung am Tragflügel?
Flügel haben außen kleineren Anstellwinkel als innen, deshalb passiert Überziehen zuerst innen, und noch nicht außen bei den Querrudern.
Was ist aerodynamische Schränkung am Tragflügel?
Flügel sind außen dünner als innen, der äußere Teil erzeugt weniger Auftrieb
Verhalten kurz vor oder bei Strömungsabriss
Pitch-Power-Bank
Spezielle Phänomene bei Strömungsabriss bei hoher Leistungseinstellung
Durch nach unten gerichtete Schubkraft braucht weniger Auftrieb erzeugt werden. Deshalb größere Anstellwinkel möglich, und stärkeres Abkippen oder direktes Trudeln bei Strömungsabriss.
Gefahren bei Strömungsabriss mit T-Laufwerk
Bei sehr großen Anstellwinkeln kann das Höhenruder im Strömungsabriss in den Wirbelschichtbereich hinter den Tragflügeln gerät und nicht mehr wirksam ist (deep stall) Stall kann möglicherweise nicht mehr ausgeleitet werden.
Was sind die Funktionsweisen von Landeklappen?
Erhöhung der Profilkrümmung erhöht den maximalen Auftriebskoeffizienten (senkt Überziehgeschwindigkeit).
Der höhere Anstellwinkel führt auch zu größerem Widerstand.
Der Druckpunkt verschiebt sich leicht nach hinten, erzeugt abnickendes Moment.
Unterschiedliche Klappenformen erzeugen unterschiedlich starke Wirbelgebiete hinter der Klappe.
Was ist eine laminare Grenzschichtströmung?
“glatte” Strömung ohne Queraustausch
Was ist eine turbulente Grenzschichtströmung?
Strömung mit Schwingungen, Rotationen und Wirbeln, starker Queraustausch
Einfluss von Regen auf die Flugeigenschaften
Die Tröpfchen stören den laminaren Fluss. Reisegeschwindigkeit sinkt. Treibstoffverbrauch steigt. Max. Auftriebskoeffizient sinkt, also Überziehgeschwindigkeit steigt.
Einfluss von Eis auf die Flugeigenschaften
So wie Regen nur viel stärker. Gewicht reduziert kritischen Anstellwinkel weiter. Schwerpunkt kann wandern. Zusätzlich Gefahr von Vereisung der Steuerflächen.
Was sind die ausgeglichenen Kräfte im unbeschleunigten, horizontalen Geradeausflug?
Gewichtskraft Auftriebskraft, Widerstandkraft Schubkraft
Weshalb ist bei den meisten Flugzeugen der Schwerpunkt vor dem Druckpunkt?
Besseres Verhalten bei Strömungsabriss, denn bei stark verringertem Auftrieb am Tragflügel und Abtrieb am Leitwerk führt ein vorderer Schwerpunkt zum senken der Nase und zum Aufholen von Fahrt.
Was ist positive statische Stabilität?
Bei Abweichung entsteht eine rückführende Kraft
Was ist neutrale statische Stabilität?
Bei Abweichung entsteht gar keine Kraft
Was ist negative statische Stabilität?
Bei Abweichung entsteht Kraft die Abweichung verstärkt
Was ist positive dynamische Stabilität?
Nach Abweichung wird nach einer Zeit der Ausgangspunkt wieder erreicht (entweder durch abklingende Schwingung, oder auf direktem Weg “aperiodisch”).
Voraussetzung ist statische Stabilität. Existiert “Dämpfung”
Was ist neutrale dynamische Stabilität?
Entweder statisch neutral, oder unendliche Schwingung mit konstanter Amplitude.
Was ist negative dynamische Stabilität?
Entweder statisch negativ stabil, oder immer stärker werdende Schwingung (negative Dämpfung)
Was ist die Auswirkung hinterer Schwerpunktslage?
Stärkere Manövrierbarkeit, aber eingeschränkte Stabilität (z.B. auch bei Böen).
Was ist die Auswirkung vorderer Schwerpunktslage?
Erhöhte Stabilität, aber eingeschränkte Manövrierbarkeit, das Höhenleitwerk kann evtl nicht genug Abtrieb erzeugen um die Nase oben zu halten, besonders bei kleinen Fluggeschwindigkeiten. Erhöhter Kraftstoffverbrauch wg erhöhtem benötigtem Auftrieb an Tragflächen.
Wie verändert ein Ruderausschlag den Flügel / die Leitwerkfläche?
Verändert die Wölbung (camber) und lokalen Anstellwinkel (angle of attack)
Was sind Differentialquerruder?
Querruder auf dem steigenden Flügel schlägt weniger nach unten aus, um die Vergrößerung des Widerstands und damit des negativen Wendemoments zu verringern
Wodurch entsteht das negative Wendemoment?
Der steigende Flügel erzeugt mehr Auftrieb und dadurch mehr Widerstand
Was ist Flattern (flutter)? Gegenmaßnahmen?
Wenn ein Tragflügel/eine Kontrollfläche auf Eigenfrequenz angeregt wird zu schwingen, kann es zu unkontrollierbarer Eigenschwingung kommen. Konstruktiv haben z.B. Querruder deshalb Gegengewichte. Ansonsten sind Gegenmaßnahmen Schubreduktion, Luftbremsen.
Was ist V(FE)
“flaps extended”, maximale Landeklappengeschwindigkeit
Was ist V(NO)?
“normal operating speed” maximale Reisegeschwindigkeit bei Böen
Was ist V(NE)?
“never exceed” maximale Geschwindigkeit
Was ist V(A)?
maximale Manövergeschwindigkeit. Ab dieser Geschwindigkeit kann alleine das Lastvielfache bei maximalem Ruderausschlag zu Strukturschäden (z.B. Verformungen) führen.
Warum wird der Einstellwinkel entlang des Propellers nach außen kleiner?
Wegen der größeren (Dreh-)Geschwindigkeit außen als innen
Was ist die geometrische Steigung eines Propellers?
Steigung der Kurve die der Propeller sich bewegen würde wenn er eine Schraube in einem festen Medium wäre
Was ist die effektive Steigung eines Propellers?
Steigung der Kurve die sich der Propeller tatsächlich durch die Luft bewegt
Was ist der Propellerschlupf und wovon ist er abhängig?
Unterschied zwischen geometrischer und effektiver Steigung. Abhängig von V(TAS) und Einstellwinkel
Was ist Windmilling?
Wenn sich der Propeller bei ausgestelltem Motor durch den Flugwind dreht. Erzeugt starken Widerstand.
Was ist die Drehmomentreaktion am Propeller?
“Drallwirkung”. Propeller dreht sich, und wg Drehmomenterhaltung erfährt das Flugzeug ein Drehmoment in die andere Richtung. Muss evtl im Langsamflug durch Querruder ausgeglichen werden.
Beim Rollen erhöht sich auf einer Seite der Rollwiderstand. Kann konstruktiv durch entgegengesetzt laufendes Getriebe verringert werden
Was ist der asymmetrische Propellerstromeffekt?
Luft vom Propeller strömt wie Korkenzieher um Flugzeug und drückt hinten auf eine Seite des Seitenleitwerks (bei Uhrzeigersinn auf linke Seite, muss durch rechtes Ruder ausgeglichen werden)
Was ist der asymmetrische Propellerblatteffekt?
“asymmetrischer Schub”, “p-factor”. Bei positivem Anstellwinkel hat der herunterbewegende Propellerteil größeren Anstellwinkel = größerer Vortrieb (bei Uhrzeigersinn rechts mehr Vortrieb, muss durch rechtes Ruder ausgeglichen werden)
Was ist koordinierter Kurvenflug?
Wenn der Schiebewinkel zwischen anströmender Luft und Längsachse null ist
Wovon ist der Kurvenradius abhängig?
Von Querlage und Geschwindigkeit
Was ist eine Standardkurve?
Kurve mit 3° pro Sekunde Winkelgeschwindigkeit, also 2 min für 360°
Was ist die Luftkraft?
Auftriebskraft + Widerstandskraft, setzt an Druckpunkt an
Was ist ein Hornausgleich am Ruder?
Wenn ein kleiner Teil des Ruders auf der entgegengesetzten Seite der Achse fortgesetzt ist. Dieser dreht sich entgegengesetzt in den Wind, was die Ruderkräfte für den Piloten verringert
Was sind Stolperkanten?
Kleine Aufsätze auf den Tragflächen, die zu einem unregelmäßigen Überziehverhalten führen sollen, also schütteln vor Strömungsabriss.
Was ist die Höhenflosse?
Höhenleitwerk
Was ist die Geschwindigkeitspolare?
Kurve Sinkrate über Geschwindigkeit. “Power curve” in “See How It Flies”
Was ist eine Wölbklappe?
Hinterer Teil des Flügels wird heruntergeklappt, Wölbung erhöht sich.
Was ist eine Spaltklappe?
Hinterer Teil des Flügels wird so heruntergeklappt, dass auch ein Spalt entsteht. Verringert Minimalgeschwindigkeit.
Was ist eine Fowlerklappe?
Hinterer Teil des Flügels wird nach hinten herausgefahren, Flügelfläche und Wölbung erhöhen sich, weniger zusätzlicher Widerstand
Was ist eine Spreizklappe?
Hinterer, unterer Teil des Flügels wird heruntergeklappt, die Profiloberseite verändert sich nicht.
