Warum bewegt der Höhenrudereingang die Wendekoordinatorkugel in steilen Kurven?

In einer Steilkurve nehmen Sie Kraftänderungen, Tonhöhenänderungen und auch ständige Korrekturen mit dem Querruder vor, um die Querneigung zu halten, ohne es überhaupt zu merken. Einmal in der Kurve angekommen, benötigen einige Flugzeuge ein wenig Querruder in der Kurve, um den Querneigungswinkel zu halten, einige halten die Querneigung mit neutralem Querruder, und einige benötigen das obere Querruder, um eine Überneigung zu vermeiden. Die oberen und unteren Querrudereingänge induzieren sich ständig ändernde nachteilige Gierkräfte, die kommen und gehen, sich ändernde Drehmomenteffekte vom Motor mit Leistungsanpassungen erzeugen sich ändernde Gierkräfte, und die Kreiselpräzession vom Propeller aus Nickbewegungen induziert Gierkräfte, die kommen und gehen , und es gibt Unebenheiten, und Sie fangen an, in Ihr eigenes Kielwasser zu rennen.

Mit anderen Worten, Sie befinden sich in einer Maschine, die von einem großen Drehmoment erzeugenden Kreisel mitgezogen wird, der in einem Gas herumrutscht und gleitet, auf das ein halbes Dutzend Kräfte und Momente gleichzeitig einwirken. Bei all den subtilen Kräften und Eingaben, die während einer Runde auftreten, glaube ich nicht, dass Sie ein einzelnes Phänomen wie dieses identifizieren und darauf reagieren können. Was Sie tun müssen, ist, nun, tun Sie einfach alles, was nötig ist, um den Neigungswinkel, die Höhe und die Mitte des Balls zu halten, und denken Sie nicht darüber nach.

Wenn Sie Segelflugzeuge fliegen, die eine Gierschnur verwenden, die empfindlicher als eine Kugel ist, driftet die Gierschnur auch ohne die Drehmoment- und Kreiseleffekte eines Motors in einer Kurve hin und her, scheinbar unabhängig von der Querruderposition die Zeit. Im Allgemeinen machen Sie Ruderschläge zusammen mit dem Querruder, aber manchmal scheint die Giersaite einen eigenen Willen zu haben und Sie tun einfach, was Sie mit Ihren Füßen tun müssen.

Es ist wichtig zu erkennen, dass die "Kugel" einfach in einem gebogenen Glasrohr hin und her rollt, um die Richtung der Netto-G-Kräfte anzuzeigen. Er wird auch als Neigungsmesser bezeichnet. Was in Ihrer steilen Kurve passiert, ist, dass die Ausrichtung des Höhenruders / Flügels jetzt in einem Winkel zur Schwerkraft ist, sodass das Ziehen nach "oben" auch Ihren Kurvenradius verengt und den "Ball" nach außen zwingt. In einer Steilkurve wird das Höhenruder "ruderartiger". Wenn Sie auf 90 Grad rollen, IST das Höhenruder Ihr Seitenruder, und das Seitenruder wird Ihre Nase nach oben oder unten neigen.

Ihr Gedanke, „auf den Ball zu treten“, ist richtig, da die Rudereingabe die Nase zurück in die Linie des koordinierten Fluges bringt und hilft, die Höhe zu halten. Versuchen Sie auch, etwas mehr Leistung hinzuzufügen .

Viel mehr Höhenruder zu ziehen, um die Höhe in einer Steilkurve zu halten, ist keine gute Technik, da dies zu einem Strömungsabriss oder einem Spiralsturz führen kann. Manchmal reicht es aus, einfach zu einem etwas niedrigeren Querneigungswinkel zu rollen.

Ich würde dies mit einem Ausbilder überprüfen, aber ein wenig "Ruder in den Himmel" kann hier helfen. Koordinieren Sie sich und sehen Sie, wie viel Gas Sie brauchen, um auf gleicher Höhe zu bleiben.

Wenn das Flugzeug im koordinierten Flug an Höhe verliert und ich den hinteren Steuerknüppeldruck ausübe, um die Neigung zu erhöhen und zu korrigieren ... Umgekehrt, wenn das Flugzeug an Höhe gewinnt und ich den Gegendruck auf den Steuerknüppel zum Sinken abbaue

Was Sie wirklich tun möchten, ist, Ihre Technik zu ändern.

Ihr Ziel (beispielsweise unter der Annahme eines stabilen AOB von 60 Grad) ist es, in die Kurve zu rollen, Ihr G einzustellen (2G = was Sie für ein AOB von 60 Grad benötigen) und dann den Gegendruck einzurasten, während Sie Ihr AOB variieren, um Ihre Nasenposition relativ einzustellen bis zum Horizont. Klettern? Überqueren Sie ein wenig die Querneigung, um Ihre Nase nach unten schneiden zu lassen, und setzen Sie dann die Querneigung zurück, sodass sie fest am Horizont bleibt. Sehen Sie, was Ihnen das bringt. Absteigend? Machen Sie das Gegenteil. Aber pumpen Sie nicht die Nase, um nach oben oder unten zu gehen. Besonders wenn Sie sich in der Nähe eines Stall-AOA befinden, kann es Sie überqueren und Sie können die Kontrolle verlieren.

Dies wird Ihr Fliegen glätten und zu Kurven mit konstantem Radius führen.

Beim Üben von Steilkurven stoße ich auf ein ungewöhnliches Phänomen. Wenn das Flugzeug im koordinierten Flug an Höhe verliert und ich den Steuerknüppel nach hinten drücke, um nach oben zu neigen und zu korrigieren, bemerke ich, dass der Ball zur Außenseite der Kurve schwingt, was auf einen Schleuderzustand hinweist. Umgekehrt, wenn das Flugzeug an Höhe gewinnt und ich den Gegendruck auf den Steuerknüppel zum Sinken abbaue, schwingt der Ball immer zur Innenseite der Kurve, was auf einen Schlupf hinweist.

Diese Frage hat mich überrascht. Ihre Beobachtungen decken sich tatsächlich mit einer Aussage von Wolfgang Langewiesche in seinem Luftfahrtklassiker „Stick and Rudder“. Er behauptete, dass beim Drehen ¹ ein Seitenschlupf oft durch "unzureichenden Auftrieb" verursacht wird und oft durch Erhöhen des Höhenrudergegendrucks behoben werden sollte, anstatt das Innenruder hinzuzufügen. Aber ich habe nie festgestellt, dass seine Behauptung durchgehend wahr ist, und ich habe lange geglaubt, dass dies einer der wenigen signifikanten Fehler in seinem ansonsten hervorragenden Buch ist. ²

Ich habe festgestellt, dass sehr ausgeprägte Höhenrudereingaben beim Drehen, die sehr signifikante Änderungen der G-Belastung erzeugen, kurze, kleine Auslenkungen der Gleit-Gleit-Kugel in die von Langewiesches Idee vorhergesagte Richtung erzeugen. Ich glaube, diese entstehen durch komplexe dreidimensionale Änderungen der Flugbahn, die den Rahmen einfacher Analysen sprengen. Oder um eine etwas verwandte Situation zu nehmen, in einem Wingover mit einer Querneigung von vollen 90 Grad, wenn das Flugzeug mit einer ziemlich niedrigen G-Belastung über die Spitze "schweben" darf (was wenig oder keinen hinteren Druck auf den Steuerknüppel mit sich bringt). , wenn kein unteres Seitenruder angebracht ist, wird der Schlupf-/Schleuderball und/oder die Gierschnur tatsächlich einen ziemlich ausgeprägten Schlupf zeigen, wenn das Flugzeug erdwärts "fällt". ³

Aber bei einfachen Wendemanövern, die nur mäßige Richtungsänderungen der Flugbahn in der vertikalen Ebene beinhalten (dh nur mäßige Änderungen der Steig- oder Sinkgeschwindigkeit), habe ich keine Höhenrudereingaben gefunden, die eine Rolle bei der Wendekoordination spielen (in dem Sinne Ausrutschen und Schleudern) in konsequenter Weise zu vermeiden. (Bei einmotorigen Propellerflugzeugen kann es definitiv einen Effekt aufgrund des p-Faktors geben, aber die Richtung des Effekts hängt von der Drehrichtung ab.) Ich habe ziemlich umfangreiche Tests durchgeführt, um dies in mehreren Einzelmotoren zu untersuchen. Motorflugzeuge und Ultraleichtflugzeuge (darunter einige mit einem hoch montierten Schubmotor) und mehrere verschiedene Segelflugzeuge.

Das Thema interessiert mich schon lange besonders, denn in der Drachenflieger-Community, zumindest in den USA, gibt es schon lange die Vorstellung, dass die „richtigen“ Pitch-Eingaben beim Einfahren in eine Kurve den Flugweg „koordiniert“ halten Unzureichende Pitch-Eingaben führen dazu, dass das Segelflugzeug "seitlich rutscht". In ähnlicher Weise wird angenommen, dass eine absichtliche Neigungseingabe mit der Nase nach unten, während das Segelflugzeug in eine Kurve eintritt oder dreht, einen sehr ausgeprägten "Seitenschlupf" erzeugt. (Wenn dies zutrifft, wäre dies mit Langewiesches oben erwähnter Idee vereinbar.) Viele Seiten wurden in Trainingshandbüchern und Zeitschriftenartikeln den "Erklärungen" dieser angeblichen Phänomene gewidmet. Obwohl es sinnvoll ist, das Wort "koordiniert" zu verwenden, Um die harmonisierte Verwendung aller verfügbaren Flugsteuerungen zu beschreiben, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen - und die einzigen verfügbaren Steuereingaben beim Drachenfliegen sind Gewichtsverlagerungs-, Neigungs- und Rolleingaben -, bin ich auf die Idee gekommen, dass Neigungseingaben etwas damit zu tun haben das Verursachen oder Verhindern von Seitenschlupf bei Drachenfliegern ist ein kompletter "Ablenkungsmanöver". Einige Drachenflieger scheinen die Empfindungen einer stürzenden, beschleunigenden Kurve mit den Empfindungen einer echten "rutschenden" Kurve zu verwechseln. Umfangreiche Experimente mit Gierschnüren und Gleitgleitkugeln an Hängegleitern legen nahe, dass das Seitengleiten bei Hängegleitern fast ausschließlich damit zusammenhängt Ich habe festgestellt, dass die Idee, dass Pitch-Eingaben etwas damit zu tun haben, Seitenschlupf bei Hängegleitern zu verursachen oder zu verhindern, eine komplette Ablenkungsmanöver ist. Einige Drachenflieger scheinen die Empfindungen einer stürzenden, beschleunigenden Kurve mit den Empfindungen einer echten "rutschenden" Kurve zu verwechseln. Umfangreiche Experimente mit Gierschnüren und Gleitgleitkugeln an Hängegleitern legen nahe, dass das Seitengleiten bei Hängegleitern fast ausschließlich damit zusammenhängt Ich habe festgestellt, dass die Idee, dass Pitch-Eingaben etwas damit zu tun haben, Seitenschlupf bei Hängegleitern zu verursachen oder zu verhindern, eine komplette Ablenkungsmanöver ist. Einige Drachenflieger scheinen die Empfindungen einer stürzenden, beschleunigenden Kurve mit den Empfindungen einer echten "rutschenden" Kurve zu verwechseln. Umfangreiche Experimente mit Gierschnüren und Gleitgleitkugeln an Hängegleitern legen nahe, dass das Seitengleiten bei Hängegleitern fast ausschließlich damit zusammenhängtRollrate , wobei ein leichter verbleibender Seitenschlupf verbleibt, wenn der Querneigungswinkel konstant ist - und dieser leichte Schlupf, der in einer Kurve mit konstanter Querneigung auftritt, ist tendenziell größer, wenn die Fluggeschwindigkeit (und die Sinkrate) niedrig sind, als wenn die Fluggeschwindigkeit (und die Sinkrate) niedrig sind ) sind hoch – genau das Gegenteil von dem, was die „Konventionsweisheit“ der Gemeinschaft (und Langewiesches Idee) vorhersagen würden. Ein Teil der Verwirrung kann auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass bei einigen Hängegleitern, insbesondere solchen mit ausgeprägter Anhedrale, das "Einziehen" der Steuerstange beim Rollen von der Flügelhöhe in eine Kurve zu einer deutlichen Erhöhung der Rollrate führen kann, wodurch tatsächlich ein ziemlich starker Seitenschlupf erzeugt wird, der sehr bald endet, nachdem die Rollrate wieder auf Null gebracht wurde. Wie auch immer, das lange und kurze daran ist, dass Seitenschlupf in Hängegleitern hauptsächlich durch ungünstiges Gieren während des Rollens erzeugt wird , und für eine gegebene Rollrate wird dieser Schlupf aufgrund des ungünstigen Gierens nicht reduziert, indem die Steuerstange nach vorne bewegt wird, um das zu "koordinieren". abbiegen und Geschwindigkeitsgewinn und Höhenverlust reduzieren. Das Ziehen der Stange nach achtern, während das Segelflugzeug in einer konstanten Querneigung gehalten wird, führt nicht dazu, dass das Segelflugzeug beim Tauchen und Beschleunigen seitlich rutscht. (Ende der Tangente - kann dem Leser aber helfen zu verstehen, warum ich ziemlich viel Zeit damit verbracht habe, diese Beziehungen auch in "konventionelleren" Flugzeugen zu untersuchen.das Flugzeug getestet.)

Ich gehe davon aus, dass Sie ein einmotoriges Propellerflugzeug mit einem an der Nase montierten Motor fliegen, der sich in die "konventionelle" Richtung dreht (im Uhrzeigersinn aus Sicht des Piloten). Ist das wahr? Haben Sie gezeigt, dass die Phänomene durchgängig wahr sind, während Sie sich in beide Richtungen drehen?

Auf die Gefahr hin, sowohl dem ursprünglichen OP der Frage als auch dem geschätzten Wolfgang Langewiesche zu widersprechen, würde ich vorschlagen, dass dies kein Effekt ist, der in einer Vielzahl von Flugzeugen konsequent in beide Richtungen repliziert werden kann. Wäre am meisten daran interessiert, auf Videomaterial oder andere Überprüfungen verwiesen zu werden, die etwas anderes vermuten lassen - idealerweise mit deutlich sichtbaren Pilotenfüßen von den Ruderpedalen!

Kann das noch jemand bestätigen?

Ich bin mir nicht sicher, ob das OP (mit „dies“) seine Theorie auf das, was passierte, oder einfach auf die beobachteten Phänomene bezog, aber ich würde gerne Antworten (oder Chat-Antworten) von anderen ASE-Mitgliedern sehen, die es sind in der Lage (oder nicht) ist, die beobachteten Phänomene zu bestätigen – mit Einzelheiten zum Querneigungswinkel und ob der Effekt vorübergehend ist (verbunden mit Änderungen des Höhenrudergegendrucks und der Fluggeschwindigkeit) oder anhaltend (anhaltend, solange das Flugzeug steigt oder sinkt, sogar mit Steigungslage konstant) und Bestätigung, dass der Effekt in beiden Drehrichtungen beobachtet wurde usw. - unabhängig davon, was der zugrunde liegende Mechanismus ist. ⁴

Fußnoten:

1. Langewiesche hat nicht angegeben, dass die Kurve steil sein muss , damit dieses Phänomen beobachtet werden kann. OP erwähnt "steile" Kurven. Es ist möglich, dass sich meine in dieser Antwort beschriebenen eigenen Experimente hauptsächlich auf Kurven mit einer Neigung von 45 Grad oder weniger konzentrierten. Sie müssen die Notizen auf weitere Details überprüfen, um das Gedächtnis aufzufrischen.

2. Ähnliche Inhalte – vielleicht inspiriert von den Inhalten in „Stick and Rudder“? – erschienen in einigen (um 1969?) Ausgaben eines Buches mit dem Titel „Modern Airmanship“, herausgegeben von Neil D. Van Sickle. In späteren Ausgaben, wie der 8. Ausgabe von 1999, herausgegeben von John F. Welch, Lewis Bjork und Linda Bjork, wurde dieser Inhalt entfernt.

3. Wir können uns vorstellen, dass Schlupf im Wesentlichen durch eines von zwei Phänomenen verursacht wird: (eins) eine aerodynamische Asymmetrie, die ein Giermoment erzeugt, das nur dann ausgeglichen wird, wenn das Flugzeug in einem rutschenden Zustand fliegt, wobei die Nase nach oben zeigt "außerhalb" oder "hohe Seite" der tatsächlichen Richtung der Flugbahn, oder (zwei) eine plötzliche Forderung nach einer erhöhten Gierrotationsrate (wenn die Nase mit der Flugbahn ausgerichtet bleiben soll), was die Gierrotationsträgheit des Flugzeugs ist neigt dazu, Widerstand zu leisten, bis ein ausreichend großer Schlupfwinkel erreicht ist, um ein signifikantes Gierdrehmoment zu erzeugen, um die Gierrotationsträgheit zu überwinden und die Gierrotationsrate zu erhöhen. Da die Fluggeschwindigkeit am oberen Ende eines Wingovers ein Minimum erreicht und die aerodynamischen Kräfte daher gering sind, Während die Rate der erdwärts gerichteten Krümmung der Flugbahn (aufgrund der Schwerkraft) ein Maximum erreicht, beschreibt der letztere Effekt wahrscheinlich am besten den Grund für den an diesem Punkt zu sehenden Seitenschlupf. Je steiler der Querneigungswinkel ist, desto mehr erfordert die erdwärts gerichtete Krümmung der Flugbahn eher eine Gierdrehung als eine Nickdrehung, wenn die Nase mit der Flugbahn ausgerichtet bleiben soll.

4. Noch ein paar Worte über den möglichen "zugrunde liegenden Mechanismus" oder dessen Fehlen, dass ein erhöhter Gegendruck dazu neigt, ein Rutschen zu verursachen, und ein verringerter Gegendruck dazu neigt, ein Ausrutschen zu verursachen, wie OP berichtet hat - die unmittelbare Wirkung eines erhöhten Rückens Druck auf den Stab oder das Joch scheint eine erhöhte aerodynamische Kraft zu sein, die im Referenzrahmen des Rohrs des Neigungsmessers (Gleitgleitkugel) "gerade nach oben" wirkt und daher die Auslenkung der Gleitgleitkugel nicht beeinflussen sollte. (Denken Sie daran, dass der Slip-Skid-Ball nicht auf eine Art "Gleichgewicht" zwischen aerodynamischen Kräften und der Schwerkraft reagiert, sondern nur auf aerodynamische Kräfte.) Auf längere SichtDie Auswirkung eines erhöhten Gegendrucks auf den Steuerknüppel oder das Joch ist eine niedrigere Fluggeschwindigkeit und somit (bei gleichem Querneigungswinkel) ein niedrigerer Wenderadius, eine höhere Wendegeschwindigkeit und eine höhere erforderliche Gierdrehgeschwindigkeit. Es scheint, dass, wenn zusätzlicher Gegendruck auf den Steuerknüppel oder das Joch ausgeübt wird und die Fluggeschwindigkeit abfällt und der Krümmungsradius der Flugbahn abnimmt und die Wendegeschwindigkeit zunimmt und die erforderliche Gierrotationsrate ebenfalls zunimmt, die Gierrotationsträgheit des Flugzeugs würde eine gewisse Tendenz haben, die Nase zu weit zur "Außenseite" oder "hohen Seite" der Flugbahn giert zu halten (im Grunde ein "Nachlaufeffekt"), was einen vorübergehenden Seitenschlupf erzeugen sollte(nicht rutschen). Die Beobachtung von OP ist jedoch, dass ein erhöhter Gegendruck dazu neigt, ein Schleudern zu verursachen. Ich bin ratlos, diese Diskrepanz auszugleichen. Je steiler der Querneigungswinkel ist, desto weniger Änderungen der Kurvengeschwindigkeit beinhalten natürlich überhaupt Änderungen der Gierrotationsrotationsgeschwindigkeit – bei steilen Querneigungswinkeln betrifft die Dynamik, die im Spiel ist, hauptsächlich die Nickachse.

Stellen Sie sich ein Flugzeug mit Querneigung in vier Szenarien vor. In jedem Szenario behält das Flugzeug die gleiche vertikale Geschwindigkeit bei (es beschleunigt nicht nach oben oder unten).

1. Das Flugzeug ist geneigt, dreht sich aber nicht. Das Flugzeug erzeugt 1 G Auftrieb, indem es unkoordiniert durch den Himmel winkelt und überhaupt nicht dreht. Die Auftriebsrichtung ist gerade nach oben gerichtet, und der Ball bewegt sich in eine ihm gegenüberliegende Position, die direkt auf den Boden gerichtet ist.

2. Das Flugzeug ist geneigt, aber in einem Schlupf. Das Flugzeug dreht sich zwar, aber nicht so stark, wie es angesichts des Querneigungswinkels sein sollte. Das Flugzeug erzeugt 1 G Auftrieb in vertikaler Richtung, aber nicht genug Auftrieb in der Horizontalen, um den kombinierten Vektor senkrecht zu den Flügeln zu platzieren. Der Ball fällt teilweise auf den Boden.

3. Das Flugzeug befindet sich in einer koordinierten Kurve. Das Flugzeug erzeugt 1 G Auftrieb in vertikaler Richtung und gerade genug Auftrieb in horizontaler Richtung, um den kombinierten Vektor senkrecht zu den Flügeln zu platzieren. Die Kugel wird in der Lehre zentriert.

4. Das Flugzeug befindet sich in einer Schleuderkurve, es dreht sich schneller, als es angesichts des Querneigungswinkels sollte. Das Flugzeug erzeugt immer noch 1 G Auftrieb in vertikaler Richtung, aber jetzt erzeugt es mehr als die erforderliche Menge in horizontaler Richtung, und der kombinierte Vektor ist jenseits der Senkrechten. Der Ball bewegt sich zur Außenseite der Kurve.

Der wesentliche Teil hier ist, dass das Flugzeug, wenn es nicht in einen Steigflug eintritt oder aus einem Sturzflug kommt, 1 G Auftrieb in vertikaler Richtung erzeugt. Wenn das Flugzeug den erzeugten Gesamtauftrieb erhöht oder verringert, ändert sich die Richtung des Vektors entsprechend. Wenn die Richtung des Vektors nicht mit dem Querneigungswinkel übereinstimmt, sind Sie unkoordiniert. Zu viel Querneigung oder zu wenig Auftrieb führt zum Rutschen, zu geringe Querneigung oder zu viel Auftrieb zum Schleudern.