Sind die Funktionen von Querruder und Seitenruder ähnlich?

Kurze Antwort :

Seiten- und Querruder haben unterschiedliche Zwecke und steuern die Drehung um zwei verschiedene Achsen. Eine Drehung um eine Achse induziert jedoch eine normalerweise unerwünschte Drehung an der anderen. Um ausschließlich um die gewünschte Achse zu rotieren, muss mit dem anderen Bedienelement die Sekundärrotation aufgehoben werden. Dies wird als Koordinierung der Kontrollen bezeichnet.

Seiten- und Querruder sind nicht die einzigen Steuerungen, die eine Koordination erfordern, Höhenruder und Gasbewegungen müssen ebenfalls koordiniert werden, um zu verhindern, dass eine Höhenänderung zu einer Änderung der Geschwindigkeit führt und umgekehrt.

Das Ruder wird hauptsächlich verwendet, um:

• Begrenzen Sie Gierbewegungen aus Sicherheitsgründen ( Holländerrolle ) und Komfort.
• Um das Flugzeug in eine Krabbe zu zwingen (Kurs nicht mit dem Kurs ausgerichtet), während der Wetterfahneneffekt dazu neigt, das Flugzeug mit dem Luftstrom auszurichten (z. B. für eine Seitenwindlandung).
• Um das Flugzeug zu zwingen, sich beim Wenden dem Luftstrom zuzuwenden. Wir werden weiter unten darüber sprechen.

Siehe Verstehen der Verwendung des Ruders für eine umfassendere Erklärung.

Querruder werden zum Drehen verwendet, aber für eine nicht kleine Kurve entwickelt sich ein unerwünschtes nachteiliges Gieren, das der Kurve entgegengesetzt ist, und bewegt das Flugzeug vom Luftstrom weg (Hundegang). Das Seitenruder wird verwendet, um diesen Krebswinkel aufzuheben und das Querruder zu machen. eingeleitete Wende wirksam.

Die Verfügbarkeit eines Gierdämpfers befreit den Piloten von der Pflicht, das Seitenruder mit den Querrudern in einer Kurve zu koordinieren. Der Gierdämpfer steuert das Seitenruder zu Stabilitätszwecken und hält gleichzeitig die Flugzeuglängsachse ohne Piloteneingriff in den relativen Wind.

Ausführliche Antwort

Während es intuitiv ist zu glauben, dass eine Wende ausgelöst wird, indem das Flugzeug giert und der Flügel horizontal gehalten wird (wie bei einem Auto), ist diese Methode bei einem Ruder normaler Größe tatsächlich unwirksam. Das Seitenruder zwingt das Flugzeug, seinen Kurs zu ändern (gieren), aber der Flug geht mehr oder weniger in die gleiche Richtung weiter, das Flugzeug bewegt sich jetzt wie ein Kreuz. Dies gilt insbesondere, wenn Geschwindigkeit und Höhe zunehmen und die aerodynamische Kraft des Ruders im Vergleich zu anderen Faktoren wie Trägheit kleiner wird.

Banking dreht das Flugzeug

Ein Flugzeug wird durch Rollen (Neigung) des Flügels gedreht. Wenn sich das Flugzeug um die Rollachse dreht, ändert sich die Richtung des Auftriebs (A/B unten). Wie jede Kraft kann der Auftriebsvektor in Komponenten (B) zerlegt werden:

Die horizontale Komponente des Auftriebs bewegt das Flugzeug von seiner ursprünglichen Bahn weg und das Flugzeug dreht sich um einen bestimmten Punkt. (Beachten Sie, dass die vertikale Komponente, die immer noch dem Gewicht entgegenwirkt, jetzt kleiner ist, und eine nicht kleine Kurve erfordert auch eine zusätzliche Motorleistung, um die Höhe zu halten.)

Allerdings passiert etwas ganz Unerwünschtes (C): Um den Flügel zu rollen, muss das obere Querruder mehr Auftrieb erzeugen als das untere. Der Auftrieb wird durch Ablenken des Luftstroms erzeugt, und diese Aktion hat ihren Preis: Der gestörte Luftstrom erzeugt einen „induzierten“ Luftwiderstand . Dieser Widerstand unterscheidet sich von den anderen Widerständen , er ist nicht auf die Reibung oder die Form des Querruders zurückzuführen, sondern auf die Ablenkung des Luftstroms durch das Querruder und nimmt mit der erzeugten Auftriebsmenge zu.

Wie beim Querruderauftrieb ist der durch das Querruder induzierte Widerstand am oberen Flügel größer, dh an der Außenseite der Kurve. Da es ein Widerstandsdifferential gibt, ist der Flügel nicht mehr ausbalanciert und will nach rechts gieren, entgegengesetzt zu dem, was wir wollen. Diese Kraft ist als das „ nachteilige Gieren “ bekannt.

Ein Teil des nachteiligen Gierens wird durch die Tendenz des Flugzeugs zu Wetteränderungen aufgrund der Wirkung des Rumpfs und des Seitenruders ausgeglichen. Dies kompensiert jedoch nur teilweise das Gieren. All diese Kräfte lassen das Flugzeug ein wenig drehen, aber krabbeln, wie in Bild D zu sehen. Diese Situation, in der das Flugzeug nicht mit dem Luftstrom ausgerichtet ist, ist eine "unkoordinierte Kurve", sie ist sehr ineffizient, verlangsamt das Flugzeug und belastet die Flugzeugzelle.

Hier ist eine Aktion am Seitenruder erforderlich: Der Pilot fügt etwas linkes Seitenruder hinzu, um das durch die Querruder erzeugte nachteilige Gieren vollständig aufzuheben und den Rumpf mit dem Luftstrom auszurichten (E). Dadurch wird auch jede Schlupf- und Rutschbewegung minimiert. Dies wird als koordiniertes Wenden bezeichnet .

Wie in Abbildung E ersichtlich, wird die horizontale Komponente des Auftriebs, die das Flugzeug zum Zentrum der Kurve zieht, im Gegensatz zum Fall der unkoordinierten Kurve (D) ständig in Richtung des Zentrums neu ausgerichtet.

Das Rollen des Flügels ist eine sehr effektive Art, das Flugzeug zu drehen, erfordert jedoch eine gewisse Seitenruderkorrektur, um den induzierten Widerstand zu berücksichtigen, der die Längsachse des Flugzeugs von der Luftstromrichtung wegbewegt.

Querruderausschlag in der Kurve reduziert

Beachten Sie, dass der Pilot bei Erreichen der gewünschten Querneigung den Querruderausschlag reduziert. Der Auftriebs- und Widerstandsüberschuss am oberen Flügel nimmt ebenso ab wie das ungünstige Gieren. Auch der Ruderausschlag kann reduziert werden.

Normalerweise sollte das Flugzeug seine Querneigung beibehalten und mit Querrudern in neutraler Position weiter drehen, da der obere Flügel schneller fliegt und mehr Auftrieb erzeugt.

Jedoch rutscht das Flugzeug in einer gerollten Lage tatsächlich in die Kurve und der V-Effekt neigt dazu, den Rollwinkel des rutschenden Flugzeugs zu verringern ( Rollstabilität ). Ein gewisses Maß an Querruderausschlag bleibt also erhalten.

Die Querruder (und das Seitenruder) werden verwendet, um die Flügel in ihre horizontale Position zurückzubringen und die Drehung genauer zu stoppen.

Querruder-Seitenruder-Koordination

Das Koordinieren von Kurven gehört zur Grundausbildung eines Flugschülers, da unkoordinierte Kurven nicht nur wirkungslos, sondern auch unsicher sind:

• Ein Teil des Flügels oder der Steuerung kann sich im Schatten des Luftstroms befinden, was bedeutet, dass sie keinen nützlichen Effekt zur Steuerung des Flugzeugs haben.
• Querbeschleunigungen entstehen, das Flugzeug rutscht oder schleudert .

Die Stärke des anzuwendenden Ruders kann mit (menschlichen Sinnen und) verschiedenen Instrumenten bestimmt werden, einschließlich des Drehkoordinators , auch bekannt als Nadel- und Kugelanzeige, die eine Art Wasserwaage (der Ball) ist, die normalerweise mit einer Querneigung oder einem Drehgeschwindigkeitsanzeiger verbunden ist ( Die Nadel). Die jeweilige Position des Balls und der Nadel in verschiedenen unkoordinierten/koordinierten Situationen sind wie folgt:

( Quelle )

( Quelle )

Beim Ausführen einer koordinierten waagerechten Wende ohne Wind, auf Meereshöhe usw. hängen der Wenderadius und die Wendegeschwindigkeit nur von der Fluggeschwindigkeit und dem Querneigungswinkel ab:

• TAS 150kt, Querneigung 20°: Radius 1.676m, 360° in 2:16.
• TAS 300kt, Querneigung 30°: Radius 4.227m, 360° in 3:51.

Weitere Informationen finden Sie in dieser Frage .

Gierdämpfer

In Verkehrsflugzeugen wird die Giersteuerung durch einen oder zwei Gierdämpfer unterstützt , deren Funktion es ist, die Gierstabilität zu erhöhen und die Entwicklung des gefährlichen Holländerrollens zu verhindern . Dank der Gierdämpfer muss der Pilot nicht die Seitenruderpedale für koordinierte Kurven verwenden.

( Quelle )

Andere Mittel zur Steuerung des Rollens/Anhebens

Ein Mittel zur direkten Querneigung der Flügel ist erforderlich, auch wenn sich niederländische Rollen und Trudeln entwickeln und wenn mit Seitenwind geflogen oder gerollt wird. Die Querneigung kann jedoch auch auf andere Weise als durch Querruder erreicht werden. Während Querruder Auftrieb hinzufügen, indem sie den Sturz des Flügels ändern,

• Spoilerons kombinieren Spoiler und Querruder und brechen den Auftrieb, indem sie den laminaren Luftstrom stören (B-52),

• Ruder kombinieren Seiten- und Querruder auf Nurflüglern (B-2A),

• und jetzt können Zapfluft und Coandă-Effekt das Flugzeug ohne sich bewegende Oberfläche neigen ( Flaviir-Projekt ).

Ich möchte eine kleine Ergänzung zum Problem des ungünstigen Gierens hinzufügen: Einige Flugzeuge (insbesondere ältere Flugzeuge, z. B. vor 1950, und Segelflugzeuge) benötigen ein Seitenruder, um eine Kurve zu bewirken. Sie entwickeln so viel nachteiliges Gieren, dass sie ohne Kursänderung einfach durch die Luft gleiten. Eine Taylorcraft L-2, die ich geflogen bin, hatte so viel ungünstiges Gieren, dass ich die Kurve leicht mit dem Seitenruder anführen musste (zuerst Seitenruder, dann Querruder).