Warum gibt es beim Verlassen des Bodeneffekts eine Momentenänderung nach oben?

Im Flughandbuch für Flugzeuge heißt es:

Das Flugzeug verlässt den Bodeneffekt

  1. Benötigen Sie eine Erhöhung der AOA, um den gleichen CL aufrechtzuerhalten
  2. Erleben Sie eine Erhöhung des induzierten Widerstands und des erforderlichen Schubs
  3. Erleben Sie eine Abnahme der Stabilität und eine Änderung des Moments nach oben
  4. Erleben Sie eine Verringerung des statischen Quellendrucks und eine Erhöhung der angezeigten Fluggeschwindigkeit

Ich habe eine harte Zeit, die Zahl 3 hier zu verstehen.

Was ist der aerodynamische Grund für die Momentenänderung nach oben nach dem Verlassen des Bodeneffekts?

Liegt es daran, dass der Abwind von den Flügeln zunimmt, wenn das Flugzeug den Bodeneffekt verlässt, wodurch ein größerer Abwärtsdruck auf das horizontale Stabilisator ausgeübt wird?

Kommentieren, weil dies nur eine Vermutung ist, aber ich würde denken, dass der zusätzliche Auftrieb im Bodeneffekt von Hochdruckluft mit einer relativ gleichmäßigen p-Verteilung auf der unteren Oberfläche kommt, aber sobald Sie ihn verlassen und in den normalen Flugauftrieb gehen, kommt er hauptsächlich von der niedrige Druck auf der oberen Oberfläche, der nahe der Vorderkante konzentriert ist. Wenn Sie den Bodeneffekt verlassen, bewegt sich daher das kombinierte Druckzentrum auf dem Flügel nach vorne und erzeugt ein Aufstellmoment.
Sehr interessante Idee. Ich würde gerne hören, was andere über deine Vermutung denken.
@Talisker Sobald Sie den Bodeneffekt verlassen, beginnen die Flügelspitzenwirbel, einen induzierten Widerstand und einen leichten negativen Auftrieb an den Flügelspitzen zu erzeugen, was den Pitch-Up-Moment verstärkt.
@JScary-- würde ein negativer Auftrieb an den Flügelspitzen nicht nur zu einem Pitch-Up-Moment in einem Flugzeug mit gekehrten Flügeln beitragen ?

Antworten (3)

Die Erklärung von Koyovis ist richtig und verdient es, die akzeptierte Antwort zu sein. Wie immer hängt jedoch viel von den Details der spezifischen Konfiguration ab - Verallgemeinerungen wie die in Ihrer Frage sollten mit Vorsicht behandelt werden.

Der Bodeneffekt führt nicht immer zu einer Änderung der Tonhöhe nach unten. Der Handley-Page Victor war berühmt für seine Fähigkeit, beim Eintritt in den Bodeneffekt ganz von selbst zu flackern. Aus Wikipedia:

Eine ungewöhnliche Flugeigenschaft des frühen Victor war seine Selbstlandefähigkeit; Einmal auf der Landebahn ausgerichtet, würde das Flugzeug natürlich aufflackern, wenn der Flügel in den Bodeneffekt eintritt, während das Heck weiter sinkt, was eine gedämpfte Landung ohne Befehl oder Eingriff des Piloten ermöglicht.

Die Schlüsselfaktoren waren das T-Leitwerk und der niedrige Halbmondflügel: Da der Flügel viel früher in den Bodeneffekt eintreten würde als die Leitwerksoberfläche, würde sein Auftrieb früher zunehmen. Der niedrige Flügel in Kombination mit dem hohen Heck würde eine Pitch-Up-Änderung des Bodeneffekts hinzufügen.

Warum unterscheidet sich die Steigung der Auftriebskurve im Bodeneffekt? Die Bodennähe verringert nicht nur den Abwindwinkel, sondern auch den induzierten Winkel vor dem Flügel. Ein stark gewölbter Flügel mit niedrigem Anstellwinkel erfährt eine Verringerung des Auftriebs. Bei einem positiven Anstellwinkel wird der Luftstrom unter dem Flügel jedoch teilweise vom Boden blockiert, sodass der Druck unter dem Flügel zunimmt und mehr Luft um die Vorderkante und über den Flügel strömt, was zu einer Erhöhung des Auftriebs führt Kurvensteigung.

Bei niedrigem Leitwerk ist das Handbuch allerdings richtig: Da das Leitwerk im Abwind des Flügels fliegt, bewirkt ein reduzierter Abwind eine positive Anstellwinkeländerung am Leitwerk, erhöht dort den Auftrieb und führt zu einer Pitch-down-Änderung. Dies kommt zu der Änderung der Druckverteilung über den Flügel hinzu, die das Druckzentrum nach hinten verschiebt und mehr Neigung mit der Nase nach unten hinzufügt, wie von Koyovis beschrieben. Das Verlassen des Bodeneffekts senkt den Anstellwinkel am Heck und macht sich als Pitch-up-Änderung bemerkbar.

Die F/A-18 hat unter diesem Effekt gelitten und brauchte einen Schlag, um ihre Pitch-Steuerleistung wieder auf den Out-of-Ground-Effektwert zu bringen, nämlich nach innen gerichtete Ruder. Wie Jan Roskam in seinem Buch " Roskam's Airplane War Stories " (Kriegsgeschichte 108) erklärt:

Als das erste F-18-Jäger […] am Patuxent River flugerprobt wurde, stellte sich heraus, dass sich das Flugzeug nicht mit der vorhergesagten Geschwindigkeit drehen würde. Dies machte die Feldleistung des Flugzeugs unannehmbar. Das Problem wurde auf einen Fehler bei der Berechnung der aerodynamischen Kräfte im Bodeneffekt zurückgeführt. Dies ist besonders schwerwiegend im Falle eines niedrig platzierten horizontalen Stabilisators. Infolgedessen gab es eine unzureichende Herunterladefähigkeit, um eine frühe Rotation während des Startbodenrollens zu bewirken.

Das Problem wurde durch Vorspuren der Ruder behoben. Ein Squat-Schalter am Hauptfahrwerk spannt die Ruder so vor, dass sie am Boden nach innen ausschlagen. Dies erzeugt genügend positiven Druck über dem hinteren Rumpf, um eine frühe Rotation zu bewirken.

Diese Lösung war zwar beeindruckend, hatte aber ihren Preis. Die gesamte Flugsteuerungssoftware musste erneut validiert werden. Außerdem stellten die Squat-Switches eine zusätzliche Systemkomplexität dar.

Das aerodynamische Zentrum eines Flügels verschiebt sich im Bodeneffekt. Außerhalb des Bodeneffekts erzeugt der Flügel Auftrieb, indem er Luft nach unten beschleunigt. Beim Bodeneffekt verhindert der Boden, dass die Luft nach unten abgelenkt wird, und es wird durch erhöhten Druck unter dem Flügel mehr Auftrieb erzeugt. Dieser Druck hat eine andere Verteilung als der Bodeneffektdruck, daher die Änderung des Nickmoments.

Stellen Sie sich einen Querschnitt eines Flügels vor: Das Zentrum der Auftriebskraft des freien Stroms liegt am Viertelsehnenpunkt. Wenn der Flügel nur durch statischen Druck getragen würde, wie bei einem Luftkissenfahrzeug, würde der Kraftmittelpunkt bei 50 % Sehne liegen.

Eigentlich bin ich mir jetzt nicht sicher, ob das horizontale Heck viel Einfluss hat, aber ich lasse die ursprüngliche Antwort darunter:

Der Bodeneffekt funktioniert durch Erhöhung des statischen Drucks unter dem Flügel und dem horizontalen Leitwerk. Das Flugzeug fliegt in einer Nase nach oben aus dem Bodeneffekt heraus, und je nach Heckkonfiguration kann es möglich sein, dass der Hauptflügel keinen Bodeneffekt hat, während das horizontale Heck immer noch einen erhöhten Druck darunter erfährt, wodurch ein Nicken mit der Nase nach unten entsteht Moment. Sobald auch das Höhenleitwerk aus dem Bodeneffekt herausfliegt, verschwindet das Nose-down-Nickmoment. Ich würde nicht erwarten, dass T-Tails diese Änderung des Nickmoments haben, aber ich habe noch nie einen geflogen.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihnen auf dem erhöhten Druck darunter folgen kann, der einen Nickmoment mit der Nase nach unten verursacht. Normalerweise liegt der erhöhte Druck darunter am Flügel. Der Schwanz liefert normalerweise eine leichte Abwärtskraft. Eine Ente wäre ein gutes Beispiel für eine Ausnahme. Das Spiel ändert sich ein wenig für das Anheben von Körpern und einige andere nicht so konventionelle Konzepte.
Ja, herkömmliches horizontales Leitwerk übt eine nach unten gerichtete Kraft aus. Wenn darunter mehr statischer Druck vorhanden ist, übt es weniger Abwärtskraft aus -> mehr Nose-Up-Moment. Es stellt sich jedoch heraus, dass sich das aerodynamische Zentrum verschiebt, wenn sich der Flügel selbst im Bodeneffekt befindet. Ich habe meine Antwort aktualisiert.
Weniger Abwärtskraft auf das hintere Ende des Flugzeugs wäre weniger ein Moment der Nase nach oben, denke ich.

Wie Sie vielleicht bereits wissen, werden bei einem Flugzeug im Bodeneffekt die Aufwind-, Abwind- und Flügelspitzenwirbel reduziert, was bedeutet, dass sich der Flügel so verhält, als ob sein Seitenverhältnis erhöht wurde, dh der induzierte Luftwiderstand und der Anstellwinkel sind verringert für den Auftriebsbeiwert.

Ein Flugzeug kann destabilisiert werden, wenn es aus dem Bodeneffekt heraussteigt, da es bei Beibehaltung eines konstanten Anstellwinkels einen Auftriebsverlust erfahren kann, der wiederum die Bewegung der Nase nach oben weiter erhöhen würde.

Bei Bedingungen wie hohen Temperaturen und einem hohen Startgewicht könnte es sich als unmöglich erweisen, aus dem Bodeneffekt herauszuklettern.

Ich hatte zuerst die gleiche Idee, aber ich kam zu dem Schluss, dass die Idee durch die Nummer 1 abgedeckt ist. Die Nummer 3 bezieht sich nicht auf eine absichtliche Nickbewegung des Piloten, die, wie Sie erwähnt haben, erforderlich ist, um einen beim Verlassen erlittenen Auftriebsverlust auszugleichen der Bodeneffekt. Die Nickbewegung nach oben ist hier eine spontane Bewegung, wenn das Flugzeug den Bodeneffekt verlässt, was erfordert, dass der Pilot das Steuerhorn ein wenig drückt, wenn er den Nickwinkel beibehalten möchte. Bitte korrigieren Sie mich, wenn ich mich irre.
Die Nickbewegung nach oben tritt tatsächlich auf, wenn das Flugzeug den Bodeneffekt verlässt, der normalerweise ausgeglichen wird, indem das Flugzeug ein oder zwei Stufen nach unten getrimmt wird, um zu steigen. Es ist auch logisch, dass das Flugzeug stabiler wird, wenn es zu beschleunigen beginnt.
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