Aerodynamik

Aerodynamik
Advanced PPL-Guide
Band 2
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2 | Strömung am Tragflügel
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2.1 Betrachtung am Profilquerschnitt
Der Querschnitt eines Tragflächenprofils besitzt meist eine runde Vorderkante und läuft nach hinten spitz zu. Durch
dieses spitze Zulaufen kann die Luft an der Hinterkante fast parallel abströmen. Es zeigt sich, dass dieses selbstverständlich erscheinende Phänomen entscheidend für die Auftriebserzeugung ist. Hinsichtlich des Widerstands wäre
eine spitze Vorderkante ähnlich ideal, allerdings nur in einem eng eingegrenzten Bereich des Anströmwinkels. Verschiedene Flugzustände erfordern aber unterschiedliche Anströmwinkel, daher ist die Vorderkante rund, um den Luftstrom auch bei verschiedenen Anströmwinkeln geschmeidig teilen zu können.
Um Auftrieb zu erzeugen, bedarf es einer Druckdifferenz zwischen Profilober- und Unterseite. Diese lässt sich dadurch
erzeugen, dass ein Körper gegen über der Strömung etwas „gekippt“ wird – dieses Kippen wird Anstellen genannt. Die
Stärke des Auftriebs wird maßgeblich durch die „Stärke“ des Kippens – den Anstellwinkel – bestimmt.
2.1.1
Auftrieb durch Kippen
Das Kippen zur Auftriebserzeugung funktioniert nicht
nur bei einer Stromlinienform. Auch ein einfaches Brett
kann „fliegen“, wenn es schräg von unten angeströmt
wird. So schaffen es beispielsweise Windböen, Häuser
abzudecken oder Pappen auf der Straße umherfliegen
zu lassen.
Auch beim Autofahren kann mit diesem Effekt experimentiert werden, indem die flache Hand (Daumen
abgespreizt) zunächst so aus dem Fenster gehalten
wird, dass der Daumen in Fahrtrichtung zeigt, wodurch
die Fahrtwindströmung direkt auf die Handkante trifft.
Für den Wind sieht „über“ der Hand genauso aus wie
„unter“ der Hand, es wird kein Auftrieb erzeugt.
(fast 90°), wird sie nicht mehr nach oben, sondern nach
hinten gedrückt und statt Auftrieb wird nur noch Widerstand produziert.
Abb. 9 illustriert die Druckverteilung, die sich einstellt,
wenn ein flacher Körper (wie die Hand) gegenüber der
Luftströmung geneigt wird. Oberhalb entstehen Bereiche mit sehr geringem Druck (blau), unterhalb ist höherer Druck zu finden. Der erhöhte Druck auf der Unterseite und insbesondere der reduzierte Druck auf der
Oberseite erzeugen eine nach oben gerichtete Kraft:
Auftrieb.
Wird die Hand aber gekippt, so dass der Daumen etwas
nach oben zeigt, ist sofort zu spüren, wie die Hand nach
oben gezogen wird. Das „Anstellen“ der Hand gegenüber der Strömungsrichtung sorgt für unterschiedliche
Strömungen über und unter der Hand: Es wird Auftrieb
erzeugt.
Abb. 9: Druckverhältnisse bei einem gegenüber der Luftströmung geneigten „Brett“: Unterdruck auf der Oberseite (blau)
und erhöhter Druck auf der Unterseite (rot) erzeugen eine
nach oben gerichtete Kraft: Auftrieb
2.1.2
Abb. 8: Wird die Handfläche im Fahrtwind so „angestellt“,
dass sie von schräg unten angeströmt wird, ist der Druck über
der Hand geringer als unter ihr: Die Hand erzeugt Auftrieb
und wird spürbar nach oben gedrückt.
Ab einem bestimmten Winkel ist die Auftriebswirkung
schließlich maximal. Wird die Hand zu steil angestellt
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Auftrieb am Tragflügelprofil
Das Beispiel mit der Hand im Fahrtwind zeigt, dass es
zur Auftriebserzeugung ausreicht, einen flachen Gegenstand gegenüber der Anströmrichtung etwas zu neigen.
Die Frage ist allerdings: wie viel Auftrieb und wie viel
Widerstand erzeugt dieser Körper? Hier bietet ein Tragflügelprofil ein optimales Verhältnis aus viel Auftrieb
und wenig Widerstand.
Abb. 10 zeigt den Stromlinienverlauf an einem Tragflügelprofil, das gegenüber der Anströmrichtung etwas
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geneigt ist. Die Strömung wird durch das Profil geteilt:
ein Teil strömt über die Oberseite, ein anderer Teil
entlang der Unterseite der Profilform. „Auftrieb“ bedeutet, dass sich Druckverhältnisse einstellen, die zu
einer nach oben gerichteten Kraft führen. Hierzu muss
der Druck auf der Oberseite geringer sein als auf der
Unterseite, damit das Profil nach oben gedrückt wird.
Abb. 11 zeigt die Druckverhältnisse, die sich beim Umströmen eines Tragflügelprofils einstellen. Prinzipiell
sind es dieselben wie beim Umströmen eines „Bretts“ –
für Auftrieb ist also nicht eine bestimmte „Form“ notwendig.
Das Tragflügelprofil hat gegenüber dem Brett jedoch
den Vorteil, mehr Auftrieb bei weniger Widerstand zu
erzeugen. Außerdem ermöglicht die runde Vorderkante
viele unterschiedliche Anströmwinkel für die Auftriebserzeugung. Für ein Flugzeug ist diese Möglichkeit essentiell, um bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten
stets die notwendige Menge Auftrieb zu erzeugen.
Zirkulation: das „Geheimnis“ der Auftriebserzeugung
Das Stromlinienbild um ein Tragflügelprofil (Abb. 2-3) sieht so
„intuitiv richtig“ aus, dass sich einige interessante Fragen
zunächst gar nicht, und dann erst nach längerer Überlegung
stellen.
Abb. 10: Stromlinien um ein Tragflügelprofil: das Profil teilt
die Strömung, wobei die Stromlinien oberhalb zusammenrücken und die Luft beschleunigt wird. Unterhalb nimmt der
Abstand der Stromlinien zu und die Luft strömt langsamer. Die
unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten erzeugen eine
Druckdifferenz, welche die Tragfläche nach oben drückt.
Dies kann anhand der „Breite“ der Strömröhren, also
dem Abstand zwischen benachbarten Stromlinien veranschaulicht werden: Beim Umströmen des oberen
Profilbereichs sind die Abstände der Stromlinien geringer als in der ungestörten Strömung. Nach Bernoulli
wird hierdurch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
bewirkt. Die Luft wird also beschleunigt und der statische Druck fällt – es entsteht Unterdruck auf der Profiloberseite, insbesondere im Bereich oberhalb der Vorderkante, denn dort sind die Strömungslinien besonders stark verengt.
Zum Beispiel: Warum strömt die Luft an der spitzen Hinterkante parallel zur Oberfläche ab, statt ähnlich der Vorderseite
etwas um die Spitze herum zu strömen und einen „hinteren
Staupunkt“ auf der Oberseite zu erzeugen? Durch die Symmetrie der Stromlinien würden die Stromlinien oberhalb und
unterhalb des Bretts dieselbe Verengung und Erweiterung
erfahren und zu keiner resultierenden Kraft führen: dann wird
kein resultierender Auftrieb erzeugt, sondern nur ein Drehmoment. Abb. 12 zeigt ein solches „unnatürliches“ Strömungsbild.
Abb. 12: „unnatürliche“ Stromlinien um ein angeströmtes
„Brett“: die Luft staut sich auf der Unterseite nahe der Vorderkante, die Stromlinien oberhalb der Vorderkante und
unterhalb der Hinterkante sind verengt. Es wird kein Auftrieb
erzeugt, nur Drehmoment.
Die Antwort ist, dass dies in absolut reibungsfreier Strömung
auch so wäre – die aber immer vorhandene Reibung lässt die
Strömung in solch engen Radien nicht zu, daher strömt die
Luft ober- und unterhalb des Profils parallel zur Hinterkante
ab.
Nur oberhalb des Bretts sind nun die Stromlinien verengt, also
entsteht auch nur dort Unterdruck. Unter dem Brett sorgen
größere Stromlinienabstände für erhöhten Druck im vorderen
Bereich. Unterdruck auf der Oberseite und erhöhter Druck auf
der Unterseite geben einen resultierenden Auftrieb. Abb. 13
zeigt die tatsächlichen zu beobachtenden Stromlinien an
demselben „Brett“.
Abb. 11: Druckverhältnisse beim umströmten Tragflügelprofil:
deutlich sind der Unterdruck (blau) auf der Profiloberseite und
der erhöhte Druck (rot) unterhalb des Profils zu erkennen. Im
direkt angeströmten Bereich der Vorderkante staut sich die
Luft und erzeugt dort besonders hohen Druck.
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thematiker Martin Wilhelm Kutta). Die Natur macht das
allerdings von ganz allein.
Die Stromlinien zeigen auch, dass die Strömung vor dem Brett
etwas nach oben und hinter dem Brett nach unten abgelenkt
wird. Dieser „Upwash“ bzw. „Downwash“ sorgt für eine Impulsübertragung nach unten, wodurch das Brett letztlich
Auftrieb erfährt und nach oben gedrückt wird.
Abb. 13: Tatsächliches Stromlinienbild um ein angeströmtes
„Brett“: Die Stromlinien oberhalb der Vorderkante sind verengt, an der Hinterkante fließt die Luft parallel zum Brett ab.
Da nur oberhalb des Bretts eine Verengung der Stromlinien
stattfindet, entsteht Auftrieb.
Wozu diese Überlegungen, wenn sich die Natur letztlich sowieso für die Variante mit paralleler Abströmrichtung entscheidet?
Hierzu sind die Geschwindigkeiten der Luftteilchen oberhalb
und unterhalb des Bretts zu untersuchen. Entgegen der naheliegenden Interpretation des Stromlinienbildes fließen an der
Hinterkante nicht dieselben Luftteilchen zusammen, die an
der Vorderkante getrennt wurden. Im „unnatürlichen“ Fall mit
hinterem Staupunkt auf der Brettoberseite wäre dies so.
Wird der hintere Staupunkt von der Oberseite an die hintere
Spitze verlagert, fehlt oben etwas Luftmasse und die Luftteilchen auf der Oberseite werden zusätzlich zur umgebenden
Strömung beschleunigt. Auf der Unterseite hingegen wird die
Strömung „gebremst“.
Gegenüber der ungestörten Strömung bewegen sich die Luftteilchen auf der Oberseite also schneller, auf der Unterseite
langsamer. Die Luftteilchen auf der Oberseite erreichen das
Brettende somit früher als die Luftteilchen, die entlang der
Unterseite geströmt sind. Abb. 14 illustriert den Vorgang.
In diesen Beispielen wurde bewusst keine Profilform für die
Beschreibung verwendet. Dadurch würde vielleicht der Eindruck vermittelt, dass die Zirkulation und die Auftriebserzeugung mit der Profilform zusammen hängen – das ist nicht der
Fall: auch ein einfaches Brett fliegt, wenn es passend in eine
Luftströmung gehalten wird.
Die Profilform bietet allerdings viele praktische Vorteile, insbesondere die Fähigkeit, Auftrieb in einem weiten Bereich von
Anströmwinkeln zu erzeugen. Abb. 15 zeigt qualitativ die
gleichen Strömungsverhältnisse um eine Profilform.
Abb. 15: Unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten oberund unterhalb eines Tragflügelprofils: die Luftteilchen auf der
Oberseite bewegen sich schneller als auf der Unterseite, was
unterhalb zu erhöhtem und oberhalb zu reduziertem Druck
führt: Auftrieb.
Abb. 14: Unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten oberund unterhalb eines „Bretts“: die Verengung der Stromlinien
beschleunigt die Luftteilchen, wogegen die Luftteilchen auf
der Unterseite gebremst werden. Die Luftteilchen auf Oberund Unterseite (jeweils farblich markiert) finden daher nicht
mehr zusammen, und die zusätzlichen Geschwindigkeitskomponenten erzeugen eine Zirkulation.
Alle diese Geschwindigkeitskomponenten, die zusätzlich zur
umgebenden Strömung auftreten, lassen sich durch eine
Zirkulation um das Brett beschreiben.
„Zirkulation“ meint allerdings nicht, dass die Luft im Kreis um
die Fläche herumströmt – gemeint sind lediglich zusätzliche
Geschwindigkeitskomponenten, die sich mit der umgebenden
Strömung zum beobachteten Strömungsbild überlagern.
Und wie viel Zirkulation produziert so ein Brett? Genau so viel,
dass die Strömung parallel zur Hinterkante abströmen kann.
Bei der mathematischen Beschreibung geht diese Vorgabe als
„Kutta-Bedingung“ ein (benannt nach dem deutschen Ma-
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höher die Luftdichte, umso größer werden auch Auftrieb und Widerstand.
2.3.3
Lilienthal´sches Polardiagramm
Um den Betriebsbereich eines Tragflügelprofils abzubilden, werden zu jedem Anstellwinkel die Auftriebsund Widerstandsbeiwerte in ein Diagramm eingetragen. Daraus ergibt sich das Lilienthal’sche Polardiagramm.
Bei der Betrachtung der Polare fällt zunächst auf, dass
der Widerstandsbeiwert cD immer größer als Null ist.
Dies ist verständlich, denn egal wie ein Profil im Luftstrom gehalten wird – Luftwiderstand wird es immer
erzeugen. Ebenso bemerkenswert ist, dass der Auftriebsbeiwert sowohl positive als auch negative Werte
annehmen kann.
Der Bereich möglicher negativer Werte ist allerdings
kleiner als der für positive Werte, weil ein normales
Tragflügelprofil für den „aufrechten“ Horizontalflug
optimiert ist und nicht für den Rückenflug. Ein völlig
symmetrisches Profil hätte gleiche Auftriebsbeiwerte
(mit unterschiedlichen Vorzeichen) für positive und
negative Anstellwinkel.
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Zu den charakteristischen Punkten einer Polare gehört
zum Beispiel Punkt 4 des Diagramms. Dieser Punkt
kann grafisch konstruiert werden, indem eine Ursprungstangente an die Polare anlegt wird. So ergibt
sich der Punkt, an dem das Verhältnis von Auftriebsund Widerstandsbeiwert maximal ist:
cL
 max
cD
Eine Gerade durch den Ursprung und jeden anderen
Punkt der Polare ergäbe eine „flachere“ Gerade, wobei
das Verhältnis von Auftriebs- und Widerstandsbeiwert
kleiner wäre. Der Winkel, den die Ursprungstangente
mit der cL-Achse bildet, ist eng mit dem Gleitwinkel
eines Flugzeugs verbunden, das ohne Motorkraft im
Segelflug gleitet. Der zu Punkt 4 gehörige Anstellwinkel
entspricht daher einer für ein Flugzeug charakteristischen Geschwindigkeit, der Geschwindigkeit für bestes
Gleiten.
Jede andere Geschwindigkeit erfordert im Gleitflug
einen anderen Anstellwinkel. Es wird sich dann auf der
Polare von Punkt 4 weg bewegt, der Winkel mit der cLAchse wird größer und damit auch der Gleitwinkel,
wobei größer hier schlechter bedeutet (steilerer Gleitpfad). Aufgrund dieses Zusammenhangs wird das Verhältnis aus cL und cD auch Gleitzahl genannt. Der Kehrwert dieser Gleitzahl heißt Gleitverhältnis.
Eine große Gleitzahl bedeutet
kleinen Gleitwinkel und damit gutes Gleiten.
Je größer die Gleitzahl ist, umso weiter kann ein Flugzeug ohne Motorkraft aus einer gegebenen Höhe gleiten. Segelflugzeuge besitzen die besten Gleitzahlen und
erreichen dabei Werte von 60 und mehr (Gleitverhältnis 1/60). Weitere charakteristische Punkte der Polare
sind:
Punkt 5: Hier erreicht der Auftriebsbeiwert seinen
höchsten Wert, ein Flugzeug mit diesem (großen) Anstellwinkel kann also bereits bei geringer Geschwindigkeit genügend Auftrieb erzeugen, um horizontal zu
fliegen. Noch geringere Geschwindigkeiten würden
noch größere Anstellwinkel erfordern. Dann beginnt
die Strömung allerdings abzureißen, was den Auftriebsbeiwert plötzlich stark verringert. Punkt 5 entspricht also der geringst möglichen Fluggeschwindigkeit. Diese Situation wird normalerweise bei Start oder
Landung erreicht. Der Gleitwinkel an diesem Punkt ist
eher schlecht.
Abb. 19: Lilienthal’sches Polardiagramm: Aufgetragen sind
hier Auftriebs- und Widerstandsbeiwert in Abhängigkeit des
Anstellwinkels α. Der Widerstandsbeiwert ist stets größer als
Null. Der Auftriebsbeiwert kann sowohl positiv als auch negativ sein.
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Punkt 3: An diesem Punkt ist der Widerstandsbeiwert
minimal. Das Gleitverhältnis ist allerdings schlechter als
bei Punkt 4, da auch der Auftriebsbeiwert sogar mehr
als der Widerstandsbeiwert abgenommen hat. Diese
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Situation wird für schnelles Gleiten genutzt, wenn das
beste Gleitverhältnis nicht erforderlich ist.
Punkt 2: An dieser Stelle ist der Auftriebsbeiwert null,
womit der Auftrieb bei diesem Anstellwinkel verschwindet. In dieser Situation hält das Flugzeug keine
Kraft mehr in der Luft, es befindet sich im Sturzflug und
produziert nur noch Widerstand.
Punkt 1: Hier hat der Auftriebsbeiwert einen so großen
negativen Wert erreicht, dass bei entsprechender Ge-
schwindigkeit das Flugzeug auf dem Rücken horizontal
fliegen kann. Im Profilquerschnitt betrachtet wird das
Profil von oben angeströmt und erzeugt Abtrieb. Dieser
Abtrieb am Profil zeigt im Rückenflug nach oben und
hält das Flugzeug in der Luft. Der Anstellwinkelbereich
für negativen Auftrieb ist im Vergleich zum Bereich für
normale Auftriebserzeugung deutlich eingeschränkt –
eine Ausnahme bilden hier Kunstflugzeuge mit oft
symmetrischer Profilform.
Résumé Kapitel 2.3
Auftrieb und Widerstand
 Ein Tragflügelprofil hat bei ansonsten gleichen Bedingungen gegenüber anderen Körpern den geringsten Luftwiderstand
 Während des Fluges lässt sich der Auftrieb durch Änderung des Anstellwinkels verändern
 In den Auftrieb gehen die Größen Auftriebsbeiwert, Quadrat der Geschwindigkeit, Luftdichte und Querschnittsfläche ein
 Je höher die Luftdichte, umso größer sind auch Auftrieb und Widerstand
 Die am Tragflügel erzeugte Luftkraft ist die resultierende Vektorsumme von Auftriebs- und Widerstandskraft. Sie
kann durch Variation des Anstellwinkels oder des Einstellwinkels verändert werden
Gleitflugpolare nach Lilienthal
 Stellt den Zusammenhang von Auftriebs- und Widerstandsbeiwert bei unterschiedlichen Anstellwinkeln grafisch
dar
 Es sind insbesondere die Punkte abzulesen für
 den Rückenflug: der Auftriebsbeiwert ist hier negativ.
 Geringst mögliche Fluggeschwindigkeit: Auftriebsbeiwert ist maximal, aber auch der Widerstand ist hoch und der
Gleitwinkel dadurch schlecht.
 bestes Gleiten: der Punkt ergibt sich als Tangente durch den Ursprung an die Polare. Weitere Erhöhung des Anstellwinkels bewirkt größeren Auftrieb und auch größeren Widerstand, bei Annäherung an die Überziehgeschwindigkeit besteht die Gefahr, dass sich der Auftrieb plötzlich stark verringert
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2 | Strömung am Tragflügel
als beispielsweise eine zum Ende hin schmal zulaufende
Fläche. Zudem kann mit Hilfe von Winglets die Strömung so umgelenkt werden, dass der induzierte Widerstand verringert wird (vgl. Kapitel 2.5.3).
Anders als die schädlichen Widerstandsformen steigt
der induzierte Widerstand nicht mit zunehmender
Fluggeschwindigkeit, sondern nimmt ab. Der Grund
hierfür ist der bei hohen Geschwindigkeiten abnehmende Anstellwinkel.
Da die Auftriebskraft quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt (vgl. Kapitel 2.3.2), reicht bei hohen Geschwindigkeiten schon ein kleinerer (vom Anstellwinkel
abhängiger) Auftriebsbeiwert, um den notwendigen
Auftrieb zu erzeugen. Die Luft wird zwar abgelenkt,
aufgrund der hohen Geschwindigkeit wird allerdings
sehr viel Luft nur ein wenig abgelenkt. Bei geringen
Geschwindigkeiten muss dagegen nur wenig Luftmasse
sehr stark abgelenkt werden. Langsam fliegende Flugzeuge erzeugen somit kräftigere Wirbel. Diese Situation
ist typischerweise bei Start und Landung zu finden.
2.4.3
Gesamtwiderstand
Der gesamte Luftwiderstand eines Luftfahrzeugs wird
aus der Summe aller einzelnen Widerstandsarten gebildet. Hierzu gehören die schädlichen Widerstandsformen wie Formwiderstand, Reibungswiderstand und
Interferenzwiderstand sowie der induzierte Widerstand.
Abb. 24: (a) Strömung um die Tragfläche eines im Startlauf
rollenden Luftfahrzeuges, (b) einsetzende Zirkulation beim
Rotieren, (c) durch die Zirkulation unterstützte Strömung mit
Auftriebsbildung nach dem Abheben.
Einflussgrößen
Wie stark diese Wirbel ausgebildet sind, hängt unter
anderem von der Stärke der Auftriebserzeugung ab. Ein
großes und schweres Luftfahrzeug muss großen Auftrieb erzeugen und zieht daher eine besonders starke
und gefährliche Wirbelschleppe hinter sich her. Hinter
kleinen Sportflugzeugen bilden die Wirbel jedoch kaum
eine Gefahr für nachfolgende Luftfahrzeuge.
Jedes Flugzeug wird daher entsprechend seiner Masse
in eine der Wirbelschleppenkategorien Light (L), Medium (M) oder Heavy (H) eingeteilt, damit beispielsweise
ein Radarlotse anhand der Flugpläne die Abstände
aufeinander folgender Maschinen entsprechend vorgeben kann (vgl. Band 7: Verhalten).
Neben der Stärke des Auftriebs wird der induzierte
Widerstand auch durch die Form des Tragflügelendes
beeinflusst. Eine abrupt „abgeschnittene“, rechteckige
Fläche erzeugt deutlich mehr induzierten Widerstand
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Abb. 25: Zusammensetzung des Gesamtwiderstands: Der
schädliche Widerstand steigt mit zunehmender Fluggeschwindigkeit, der induzierte Widerstand sinkt dagegen. Es
existiert daher eine Geschwindigkeit, bei welcher der Gesamtwiderstand minimal ist.
Diese Widerstandsformen unterscheiden sich in der
Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit. Während
die schädlichen Widerstandsformen mit zunehmender
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4 | Steuerung des Luftfahrzeuges
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Abb. 61: Die manuelle Trimmung erfolgt bei der PA 28 mittels
eines Trimmrades zwischen den vorderen Sitzen.
Abb. 60: Getrimmtes Höhenruder: Bei einem kopflastigen
Flugzeug wird die Nulllage des Höhenruder in der Position
„leicht gezogen“ mit Hilfe des Trimmruders fixiert. Das Trimmruder schlägt dabei entgegen dem Höhenruder aus und drück
es so in die gewünschte Position.
Wie weit das Höhenruder nach oben ausgelenkt wird,
hängt von der Auslenkung des Trimmruders ab. Im
Endeffekt lässt sich damit aber die Position „etwas
gezogen“ fixieren, so dass der Pilot das Höhenruder
nicht selbst permanent gezogen halten muss.
Die Trimmhebel- oder Trimmräder im Cockpit sind so
angeordnet, dass sich das Trimmruder nach oben (Richtung kopflastig) bewegt, wenn der Hebel oder das Rad
nach vorne bewegt wird (und umgekehrt). Neben einem Trimmruder gibt es auch Konstruktionen, bei denen eine im Flug verstellbare Höhenflosse das Austrimmen des Flugzeugs um die Querachse erlaubt.
Die Trimmung am Höhenruder ist für jedes Flugzeug
unverzichtbar, weil sie für unterschiedliche Beladungen
und Geschwindigkeiten ständig angepasst werden
muss. Jedes Flugzeug besitzt daher im Cockpit eine
Bedienung für die Höhenrudertrimmung.
Die Trimmung von Quer- und Seitenruder ist nicht immer vom Cockpit aus möglich. In einigen Fällen sind an
den Rudern einfache Bleche („Bügelkanten“) montiert,
die einmal eingestellt werden und für alle Fluglagen als
geeignete Trimmung funktionieren. Beispielsweise wird
eine Giertendenz nach links durch Biegen der Bügelkante am Seitenruder nach links behoben.
Abb. 62: Bei der PA 28 Archer III kann die elektrische Trimmung auch direkt am Steuerhorn betätigt werden.
4.4.4
Limitierungen
Im Zusammenhang mit der Ruderwirkung ist zu beachten, dass bei besonders hohen oder niedrigen Geschwindigkeiten aus aerodynamischen Gründen keine
vollen Ruderausschläge mehr erlaubt sind. Es besteht
dabei die Gefahr, dass ein voller Ruderausschlag die
Strömung zum Abreißen bringt. Zudem können diese
Limitierungen aber auch mit der Festigkeit der Flugzeugkonstruktion zusammenhängen.
Geringe Geschwindigkeiten
Im Langsamflug sind der Anstellwinkel und damit der
Auftriebsbeiwert groß, um bei der geringen Fluggeschwindigkeit den notwendigen Auftrieb zu erzeugen.
Im Lilienthal’schen Polardiagramm liegt dieser Flugzustand in der Nähe des maximalen Auftriebsbeiwertes
bei. Ein weiteres schlagartiges Erhöhen des Anstellwinkels, wie es zum Beispiel das Ziehen des Höhenruders
bis zum Anschlag zur Folge hätte, ließe die Strömung
abreißen und den Auftrieb zusammenbrechen.
Auch der Querrudereinsatz ist im Langsamflug mit
Bedacht vorzunehmen, da ein Querruderausschlag
nach unten eine Erhöhung der Profilwölbung und damit
eine direkte Erhöhung des Anstellwinkels bedeutet.
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