Sind die Wirbelgeneratoren auf der Cessna Caravan für die Flugsicherheit notwendig und ausreichend?

Sie müssen mehrere Dinge auseinander halten:

• Der Druckmittelpunkt ist der Ort, an dem alle vertikalen aerodynamischen Kräfte aufsummiert werden können. Es hat keine feste Position , aber seine Position ändert sich mit dem Anstellwinkel.
• Das aerodynamische Zentrum (oder der neutrale Punkt) liegt tatsächlich bei etwa 25 % der Sehne eines Flügels. Seine Position ist fixiert , solange sich die Flügelplanform nicht ändert.
• Der neutrale Punkt des gesamten Flugzeugs ist das gewichtete Mittel der lokalen neutralen Punkte aller horizontalen Flächen. Dies ist der wichtigste neutrale Punkt für die Längsstabilität.

Im Flug verlagern Sie den Druckmittelpunkt so, dass er sich an der gleichen Längsstation wie der Schwerpunkt befindet. Dies tun Sie, indem Sie die Ladebordwand oder den Abtrieb mit Hilfe des Höhenruders regulieren.

Wenn das Druckzentrum$\text{c}_p$, liegt vor dem Schwerpunkt,$\text{c}_g$, dann erfordert [dies] eine Aufwärtskraft auf das horizontale Leitwerk, um einen Horizontalflug aufrechtzuerhalten.

Dies gilt, wenn Sie vom Druckzentrum des Flügels sprechen. In einer konventionellen Konfiguration wie der Cessna 208 liegt der Druckmittelpunkt des Flügels vor dem Druckmittelpunkt des Flugzeugs.

Wie typisch ist es, dass nach-$\text{c}_g$Grenzen sind hinter dem$\text{c}_p$, wie in der 208?

Das ist ganz normal. Kein Grund zur Sorge, solange der Schwerpunkt noch vor dem neutralen Punkt des Flugzeugs liegt.

Würde dies nicht eine statische Instabilität in Längsrichtung bedeuten?

Nein. Die Stabilität ist im Vergleich zu einem weiter vorne liegenden Schwerpunkt geringer, aber immer noch positiv .

Wie konstruieren Ingenieure normalerweise Hecks, um in solchen Fällen die erforderlichen Auftriebskräfte aufrechtzuerhalten?

Die größte Sorge der Ingenieure in einem solchen Fall sind zu geringe Steuerkräfte. Die Kraftrückkopplungsschleife ist wichtig, um Steuerauslenkungen zu vermeiden, die die Struktur überlasten könnten. Da sich das Heck im Abwind des Flügels befindet und pro Fläche weniger Last trägt als der Flügel, ist es sehr, sehr unwahrscheinlich, dass es zuerst abreißt. Ohne die Details zu kennen, bin ich mir ziemlich sicher, dass die Wirbelgeneratoren nicht hinzugefügt wurden, um einen Mangel zu beheben, der bei einer hinteren Schwerpunktlage auftritt. Jetzt habe ich mich ein wenig eingelesen und denke, dass die Vortexgeneratoren nötig sind, um bei Langsamflug mit eingefahrenen Klappen und hinterem Schwerpunkt ein vorzeitiges Ablösen am Höhenruder zu vermeiden.

Sind Wirbelgeneratoren […] nachträgliche Pflaster gegen einen ungenügend konstruierten Schweif?

Ja, sind Sie. Sie härten normalerweise eine Ecke der Hülle aus, an der während der Flugerprobung oder nach einer Änderung (z. B. einer Erhöhung des Gesamtgewichts oder des zulässigen Schwerpunktbereichs) etwas aus dem Gleichgewicht geraten ist.

Hat jemand mehr veröffentlichte Referenzen speziell über das Heck der Karawane?

Tut mir leid, nicht ich.

Jetzt habe ich den Unfallbericht und das verlinkte Transkript über den Caravan-Absturz am 10. Oktober 2001 in Dillingham, AK, gelesen. Dies sind meine Bemerkungen:

• Der Zeuge in der Abschrift ist sehr sachkundig und ich stimme allem zu, was er gesagt hat.
• Seine Aussage zur Hecklaständerung beim Einfahren der Landeklappen trifft zu: Auch wenn der Unfallbericht über die Landeklappenstellung nicht eindeutig ist, scheint es wahrscheinlich, dass das Einfahren der Landeklappen bei zu geringem Auftrieb am Heck zu einem Aufrichten und Abwürgen des Flugzeugs geführt hat.
• Alles, was der Unfallbericht über die Enteisung zu sagen hat, konzentriert sich auf den Flügel, aber da die Startgeschwindigkeit normal erschien, glaube ich nicht, dass Eis auf den Flügeln ein Problem war. Aber was ist mit Eis am Schwanz? Davon ist keine Rede.
• Vortex-Generatoren auf der Oberseite des Hecks sind ungewöhnlich und ein "Ablenkungsmanöver" bei späten Korrekturen wegen unzureichender Steuerautorität beim Herunterklappen. Fügen Sie etwas Eis auf der oberen Oberfläche des Hecks hinzu, und die Fixierung reicht nicht aus und verursacht ein unkontrollierbares Aufstellen mit einem hinteren Schwerpunkt.
• Dass der Pilot auf dem Weg nach unten anscheinend am Steuer gezogen hatte, half auch nicht. Der Auftriebsverlust am Flügel würde eine Neigungsänderung mit der Nase nach unten verursachen, aber das Flugzeug blieb während seines gesamten Abstiegs stehen. Ja, es erfordert etwas Kraft, sich zu neigen, wenn die Flugbahn bereits 40° nach unten geneigt ist, aber nur so kann ein Absturz vermieden werden. Erinnere dich an AF447 .

Meine Schlussfolgerung aus all dem ist, dass die Cessna 208 Caravan stabil und sicher zu fliegen ist, solange das Heck in tadellosem Zustand ist. Jede Verunreinigung durch Eis und sogar Enteisungsflüssigkeit beeinträchtigt die Fähigkeit, den erforderlichen Auftrieb im Langsamflug mit eingefahrenen Klappen und einem hinteren Schwerpunkt zu erzeugen.