Auftrieb und Querneigung

[powerandpitch]

mal angenommen deine fuhre wiegt 380 kg, du fliegts mit 120 km/h mit anstellwinkel X.

nun steigt dein 70 kg pax ein. du fliegst wieder mit 120 km/h. mit dem gleichen anstellwinkel, wie zuvor kommst du nun ins sinken, weil dir die auftriebsleistung für die zusätzlichen 70 kG fehlen.

du mußt entweder bei gleichem anstellwinkel ein bischen schneller fliegen oder etwas hecklastiger trimmen. damit steigt der widerstand, also brauchst du etwas mehr leistung, um die geschwindigkeit zu halten.

[Timpilot]

Jo, Du stallst immer beim gleichen Anstellwinkel. Je nach Beladung gehört dazu eine ganz unterschiedliche Geschwindigkeit. Im Benutzerhandbuch und auf dem Fahrtmesser steht immer der Wert für max. Abflugmasse.

Du fliegst bei gleicher Beladung und gleicher Geschwindigkeit im Grunde immer mit dem gleichen Anstellwinkel. Nämlich genau dem der für den Auftrieb entsprechend der Fugzeugmasse nötig ist.

Wenn Du hecklastig fliegst bei gleicher Beladung und Geschwindigkeit, macht Dein Höhenleitwerk weniger Abtrieb, d.h. Dein Flügel muss weniger Auftrieb machen und Du hast einen geringfügig kleineren Anstellwinkel. Damit wird Deine Stallspeed theoretisch sogar niedriger. Das ist aber ein geringer Einfluss und hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt.
Das Stallverhalten wird aber merkbar sportlicher - auch in der Praxis.

[TDC]

Ich will nicht.

Ich will wirklich mich nicht einmischen in diese Diskussion.


Aber mir ists beim lesen der Beiträge derart unwohl, dass ich nicht anders kann.

Das Thema Auftrieb, Tragflächenprofile, Strömung, Strömungsabriss, usw.... ist auf die Art und Weise, wie ihr es hier grade versucht, einfach nicht realistisch und vor allem nicht benutzungssicher darzustellen.

Es gibt 2 Möglichkeiten sich mit der Problematik fliegerisch auseinanderzusetzen:


1. Die wissenschaftliche Methode.

Lies alles, was du an anerkannten wissenschaftlich begründeten Werken und Abhandlungen finden kannst zum Thema Aerodynamik, Tragflächenprofilen, Flugtheorie. Setze das gelernte (denn ich gehe davon aus, das du beim Lesen auch gelernt hast) in die Praxis um - d.h. vollziehe das gelernte am fliegenden Objekt nach: In ausreichender Höhe und mit ausreichender Vorsicht.
Wenn sich irgendwas nicht so abspielt, wie es die Theorie erwarten ließ hast du entweder einen fundamentalen Fehler in der bekannten Theorie gefunden, ODER (und das ist wahrscheinlicher) du hast irgendetwas fehlinterpretiert.

Ich empfehle dem geneigten Leser die Grundlagen der NACA-Profile (deren Beginne noch auf 2te-weltkriegs-Zeiten zurückgehen und die selbstverständlich auch die turbulent umströmten Profile erklären) und dann z. B. Harry Ribletts Verbesserungsvorschläge für die GA.

Auch die Veröffentlichungen von Eppler und der Uni Göttingen sind solide Grundlagenforschung.

Es gibt sicher auch einfachere, gültige Lehrwerke über das Fliegen.

Aber das Resümieren in diesem Forum mit kurzen, z.T. aus dem Zusammenhang gerissenen Kommentaren ist nicht Zielführend. So ist z. B. die pauschale Aussage "Du stallst immer beim gleichen Anstellwinkel. Je nach Beladung gehört dazu eine ganz unterschiedliche Geschwindigkeit." schlicht falsch. Es hat einen Grund, warum die Bücher über Aerodynamik so dick sind: Es ist eben nicht mit wenigen Worten erklärt!

Und wenn dir einer was erzählt von den "Luftmolekülen, die über die gewölbte Oberseite des Flügels einen längeren Weg haben und deshalb da ein Unterdruck entsteht..." dann hör weg bzw. wirf das Buch in die Mülltonne.

Bei alledem sollte man sich aber klar darüber sein, dass auch heute, in Zeiten leistungsfähiger Computer, Aerodynamik eine empirisch arbeitende Disziplin ist!


2. Versuch macht kluch

Fliege, selbst wenn du durch die aerodynamischen Verhältnisse deines Fliegers NICHT komplett durchblickst. In diesem Fall solltest du dir aber UNBEDINGT jegliche Veränderungen an deinem Vogel verkneifen, die die Aerodynamik oder Schwerpunktlage verändern könnten: Das kann den Dilettanten das Leben kosten!

Wenn der Konstrukteur sein Handwerk versteht, macht er dein Flugzeug gut und sicher. Dass ein unbedarfter Amateur ohne Aerodynamik-Kenntnisse da was verbessert ist eher unwahrscheinlich.

Aber:
Fliege und übe jeden nur erdenklichen Flugzustand, der nicht über die Betriebsgrenzen deines Fliegers hinausgeht.
Und ich meine jeden.
Motor aus kann nur heißen: Der Motor ist wirklich aus. Nur was du wirklich, ehrlich, echt ausprobiert hast kannst du auch wirklich zu deinem Repertoire zählen.
Das gilt für jeden andern Flugzustand genauso.
Und jedes einzelne Flugzeug ist etwas anders - sogar Exemplare aus der selben Serie. Lerne also dein Exemplar kennen.
Sorge für genug Höhe beim einleiten der Versuche. Brich alle Versuche ab, sobald der Erdboden ungemütlich nahe gekommen ist.

Es gibt alte Piloten.
Es gibt waghalsige Piloten.
Es gibt keine alten, waghalsigen Piloten.

[Timpilot]

Hallo TDC,

ich stimme Dir voll zu, aber:

...
Lies alles, was du an anerkannten wissenschaftlich begründeten Werken und Abhandlungen finden kannst zum Thema Aerodynamik, Tragflächenprofilen, Flugtheorie. Setze das gelernte (denn ich gehe davon aus, das du beim Lesen auch gelernt hast) in die Praxis um - d.h. vollziehe das gelernte am fliegenden Objekt nach: In ausreichender Höhe und mit ausreichender Vorsicht.
Wenn sich irgendwas nicht so abspielt, wie es die Theorie erwarten ließ hast du entweder einen fundamentalen Fehler in der bekannten Theorie gefunden, ODER (und das ist wahrscheinlicher) du hast irgendetwas fehlinterpretiert.
...

Habe ich genau so gemacht.

...So ist z. B. die pauschale Aussage "Du stallst immer beim gleichen Anstellwinkel. Je nach Beladung gehört dazu eine ganz unterschiedliche Geschwindigkeit." schlicht falsch.

Bitte erkläre mir wo genau dieser schlichte Fehler liegt. (Es ging ja um eine bestimmte C-42, nämlich die von Olli)

...Es hat einen Grund, warum die Bücher über Aerodynamik so dick sind: Es ist eben nicht mit wenigen Worten erklärt!

Ja, aber trotzdem kann und muss man versuchen die Sachverhalte vereinfacht aber trotzdem korrekt darzustellen, wenn man zum Beispiel Einsteiger und Privatpiloten ausbilden will. Dabei darf nichts falsch sein, aber es muss auch nicht alles in aller Tiefe erklärt werden. Ich weiß selber wie schwer der Weg ziwschen wissenschaftlicher Genauigkeit und normalmenschlicher Verständlichkeit in der Aerodynamik ist, aber ich gebe nicht auf.

[TDC]

...So ist z. B. die pauschale Aussage "Du stallst immer beim gleichen Anstellwinkel. Je nach Beladung gehört dazu eine ganz unterschiedliche Geschwindigkeit." schlicht falsch.

Bitte erkläre mir wo genau dieser schlichte Fehler liegt. (Es ging ja um eine bestimmte C-42, nämlich die von Olli)

Du stürzt mich in tiefe Verzweiflung.

Denn jetzt soll ich genau das machen, was ich oben so vehement kritisiert habe.

OK, weil Du's bist will ich ein Beispiel konstruieren.
Behalt im Hinterkopf: Es ist nur ein Beispiel um die unrichtigkeit der oben zitierten und kritisierten Aussage zu belegen, zwar sachlich richtig aber nicht unmittelbar übertragbar auf das reale Leben.


Nimm einen hypothetischen Flieger mit einem Tragflächen-Profil ähnlich einer alten C22 mit dicker Fläche - das ist ein "turbulentes" Profil, d.h. es hat immer eine turbulente Grenzschicht und fliegt auch bei partieller Ablösung der Strömung noch ganz gut. (nur um klarzustellen das es kein Laminarprofil ist)

Nimm weiterhin an, das Abfluggewicht sei grade so hoch und die dazugehörige normale Fluggeschwindigkeit grade so groß, dass im Gradeausflug der Umschlag (Edit) besser: Ablösepunkt (/Edit) von anliegender zu turbulenter (Edit) richtig: abgelöster (/Edit) Strömung etwa auf der Hälfte der Profiltiefe, d.h. noch ein gutes Stück hinter dem höchsten "Buckel" der Profiloberseite liegt.

Das bedeutet aber auch, das das Profil in diesem Flugzustand schon ziemlich weit ausgereizt ist.

Jetzt erhöhe die Flächenbelastung z. B. auf das Doppelte oder gerne auch das Dreifache.

Nach deiner Aussage müsste man nun einfach nur die Fluggeschwindigkeit erhöhen um den nötigen doppelten Auftrieb zu erhalten, stimmts? Und das wäre noch nicht mal die doppelte Fluggeschwindigkeit, weil ja der Luftwiderstand mit der Geschwindigkeit im Quadrat... usw. und so fort....

Falsch.

Die Strömung ist nicht in der Lage, bei höherer Geschwindigkeit der Profilwöbung zu folgen.
Bei erhöhen der Geschwindigkeit wird der Abreißpunkt der Strömung auf der Profiloberseite weiter nach vorne wandern.
Der Auftriebspunkt wandert, der gesamt-Luftwiderstand wächst (wegen der größer werdenden turbulenten Wirbel), der Auftrieb wächst nicht mit der Geschwindigkeit - der Flugzustand wird instabil.
Der Flieger stallt, obwohl der Anstellwinkel nicht verändert wurde!


Und das ist nun eine noch ganz unvollständige Betrachtung bei Veränderung eines einzigen Parameters.

Angefangen habe ich mit einer Momentbetrachtung eines quasi-stabilen aerodynamischen Zustandes, der nur einen zeitlich infinitesimalen Ausschnitt aus einem dynamischen Vorgang darstellt.


Jetzt ist Fliegen aber dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rahmenbedingungen ständig verändern: Windböen, Temperaturänderungen, akkumulation aerodynamisch wirksamer Verschmutzungen auf dem Flieger usw.

Und das man als Pilot nicht nur einen, sondern viele Parameter ständig verändert und anpasst durch Steuerungsausschläge, Trimmen, Klappensetzen, Gewichtsverlagerung, Zuladung, Gasgeben usw.

Wie soll man also die vermeintlich "einfachen Fragen" in so wenigen Sätzen abschließend und allgemeingültig beantworten?

Das ist unmöglich!

Und wenn du jetzt einwirfst, es sei doch nicht um ne hypothetische C22 sondern um Ollies C42 gegangen - es ist wurscht! Die Prinzipien gelten bei der C42 genauso, nur sämtliche Parameter haben andere Werte.

[TDC]

So,
nachdem ich oben nun "DAS BEISPIEL" ausgerollt habe, noch ein paar Worte zum transfer in Richtung "Querneigung und Auftrieb".

Nimm wieder den hypothetischen Flieger vom oberen Beispiel, den mit dem schon recht ausgereizten Tragflächenprofil.

Nimm den gleichen Ausgangs-Flugzustand wie oben: Gradeausflug, der Umschlag von anliegender zu abreißender turbulenter Strömung etwa auf der Hälfte der Profiltiefe usw.


Achtung,
jetzt kommt eine Kurve!
Pilot legt den Vogel quer, der zur Verfügung stehende Auftrieb sinkt mit der senkrecht projezierten Fläche des Tragflügels.
Was macht der Pilot?
Er gibt ordentlich Gas, erhöht die Fluggeschwindigkeit weil er die Höhe halten will - und schmiert ab.

Na so was!



(Edit) Vielleicht versteht ja jetzt der Eine oder Andere, warum es so gefährlich ist einen Ultraleichtflieger gegebener Konstruktion schwer zu überladen: Auch wenn die Struktur (Holme usw.) mit dem Gewicht theoretisch klarkommt - die Aerodynamik lässt sich nicht überlisten! (/Edit)

[powerandpitch]

jetzt kommt eine Kurve!
Pilot legt den Vogel quer, der zur Verfügung stehende Auftrieb sinkt mit der senkrecht projezierten Fläche des Tragflügels.
Was macht der Pilot?
Er gibt ordentlich Gas, erhöht die Fluggeschwindigkeit weil er die Höhe halten will - und schmiert ab.

Na so was!

also stimmt das nicht, was allgemein immer unterrichtet wird? bislang war ich der annahme, dass der auftrieb im kurvenflug nur in eine andere richtung umgelenkt wird. das der flügel grundsätzlich, solange er angeströhmt wird, nach oben "will". durch die querneigung und die damit verbundene verlagerung der auftriebsrichtung kommt es ja geradeerst zum kurvenflug.

in der kurve wird der vogel durch die einsetzende fliehkraft, die auch noch durch den auftrieb kompensiert werden muss, "schwerer".

das was du dort beschrieben hast, ist ein speedstall, der so nur eintreten kann, wenn das flugzeug ausserhalb seiner betriebsgrenzen betrieben wird. der speedstall tritt aber bei weitem nicht so abruppt ein, wie der stall beim zu langsam fliegen. ausserdem macht sich dieser durch das "gewaltsame" ablösen der strömung, mit heftigen schlägen bemerkbar.

die vom TE geschilderte ausgangslage war jedoch eine andere.

nach wie vor sehe ich die sache ähnlich, wie tim, der für die unfallursachen, verständliche und nachvollziehbare worte gefunden hat.

[Timpilot]

Hallo TDC,

ich kann Deine Ausführungen sowohl theoretisch wissenschaftlich als auch praktisch fliegerisch nicht nachvollziehen.

Ich komme schon nicht mehr mit bei der Rede von anliegender und turbulenter abgelöster Strömung, da sich da in der Wissenschaft eine andere Terminologie und Ansicht etabliert hat.

1. es gibt anliegende STrömung, die einer KOntur folgt

2. es gibt abgelöste Ströumung, die sich in großfarmatigen Wirbeln und teilweise mit Rückströmung von einer Oberfläche löst (hinter jedem Auto z.B.)

3. anliegende Strömung kann laminar und turbulent sein - beides erzeugt am Flügel Auftrieb. Beides erzeugt Widerstand - turbulente STrömung etwas mehr.

4. Strömung beginnt an der Profilvorderkante immer laminar, wenn auch manchmal nur für wenige Zentimeter.

5. laminare Strömung löst sich bei Störungen/Ernergieverlust schneller von der Oberfläche als turbulente Strömung, die per se energiereicher ist.

6. den Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung kann man erzwingen durch Störungen in der Oberfläche (Zackenband, Wirbelgeneratoren, etc.)

7. Irgendwann tritt der Umschlag auch von selbst ein, je nach Oberflächenverlauf und Strömungsvorgeschichte früher oder später

8. turbulente Strömung ist nicht mit abgelöster Strömung zu verwechseln!!

9. der Umschlagpunkt (lam.-turb.) ist nicht mit dem Ablösepunkt zu verwechseln.

Ich möchte hier aber keine "Ich-weiß-was-competition starten". Ich habe nur versucht etwa szu erklären zu helfen. In meinem Flieger (professionelle Flugerprobung) und Ingenieurleben (z.B. Windkanalversuche zu Hochauftriebskonfigurationen im Deutsch-Holländischen Niedergeschwindigkeits Windkanal in Braunschweig) habe ich die Dinge so erfahren wie ich sie beschreibe und das deckt sich auch mit seriöser wissenschaftlicher Meinung.

[TDC]

Siehste, Tim

das ist der Grund warum die Bücher so dick sind!

Deine Feststellungen stehen eigentlich an keiner Stelle meiner Ausführung oben entgegen. Jedoch müsste ich jetzt meine Ausführungen noch weiter präzisieren und genauer Kommentieren um weitergehende Klarheit zu schaffen. So z. B. der Unterschied von turbulenter Grenzschicht und turbulenter Strömung, Umschlagpunkt laminare Grenzschicht zu turbulenter Grenzschicht, Ablösepunkt der Strömung. Dann können wir gleich weitermachen mit Druckverlauf/gradienten über/unter dem Profil und haben noch lange kein Ende in Sicht.

Das sind Feinheiten für die man viel Zeit im Studium verbringt und die der "Normalanwender" nur schwer wird verdauen können.

Seufz.

also stimmt das nicht, was allgemein immer unterrichtet wird? bislang war ich der annahme, dass der auftrieb im kurvenflug nur in eine andere richtung umgelenkt wird. das der flügel grundsätzlich, solange er angeströhmt wird, nach oben "will". .

Wenn das Profil bei gegebenem Anstellwinkel aerodynamisch ausgereizt ist nutzt die bloße Erhöhung der Geschwindigkeit nichts.
Ich sag doch: Das ist ein Beispiel.
Weißt du denn ganz genau wie weit das Profil jedes einzelnen Fliegers den du je geflogen hast/fliegen wirst bei zulässiger Beladung ausgereizt ist?
Und was ist wenn du nun doch zwei Schnitzel mehr gefuttert hast?
Klebt Staub/Dreck auf dem Flügel oder ist er sauber?
Fragen über Fragen, jede Menge unbekannte Parameter.

in der kurve wird der vogel durch die einsetzende fliehkraft, die auch noch durch den auftrieb kompensiert werden muss, "schwerer".

Habe nichts gegenteiliges behauptet.
Auch hier wieder: Das müsste man präzisieren und genauer werden - es wird schnell ein ganzes Buch.

[...]
das was du dort beschrieben hast, ist ein speedstall, der so nur eintreten kann, wenn das flugzeug ausserhalb seiner betriebsgrenzen betrieben wird. [...]

Und wenn man sich erschöpfend damit beschäftigt merkt man plötzlich, das es keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen "normalem" Stall und Speedstall gibt - es geht immer um einen von kompressibelem Fluid (Luft) umströmten Körper (Tragfläche+Flugzeugrumpf) und das Verhalten dieser Strömung.

Egal wie klein man das austüftelt - der Nächste nimmts noch kleiner ausdeinander und findet neue überaschende Details.

Ach ja - auch der Flugzeugrumpf beeinflusst die Strömung auf der Tragfläche nicht unerheblich, da können wir gleich das nächste Fass aufmachen.

[powerandpitch]

mal nur ne frage in den raum geworfen:

"sind wir gerade dabei, unnötige ängste zu schüren?"

[TDC]

mal nur ne frage in den raum geworfen:

"sind wir gerade dabei, unnötige ängste zu schüren?"

Aber Nein!

Wir klären nur den Unterschied im Aufwand zwischen den Methoden
"wissenschaftliche Herangehensweise" und "Versuch macht kluch"

Wie es so meistens ist: Jeder muss "seine" Wahrheit selbst herausfinden. Und die liegt irgendwo dazwischen.