Warum ist es nicht möglich, das Seitenruder vor dem Schwerpunkt eines Flugzeugs anzuordnen?

Auswirkung auf aerodynamische Koeffizienten

Es ist möglich, eine vertikale Finne sowie eine Steuerfläche vor dem Schwerpunkt anzuordnen.$c_{n_r}$(gierinduziertes Giermoment oder Gierdämpfung) wird sich wahrscheinlich nicht viel ändern, wenn alle anderen Dinge gleich sind.$c_{n_\beta}$(Schlupf-induziertes Giermoment bzw. Geradeauslauf) hingegen reduziert, evtl. negativ wird. Jeder Seitenschlupf führt daher zu einem Giermoment, das den Seitenschlupf erhöht. In Begriffen der linearen Steuerungstheorie ausgedrückt, ist dies ein Pol in der rechten Ebene, wenn Sie die komplexe Lösung der Bewegungsgleichungen zeichnen. Es ist eine instabile Konfiguration.

Aktive Kontrolle

Wie Peter erwähnt hat, ist es möglich, in dieser Konfiguration durch aktive Kontrolle die Kontrolle zu behalten. Die aktive Steuerung ist für einen menschlichen Bediener tendenziell etwas ermüdend, wenn dies überhaupt möglich ist. Übrigens gab es diese Art von Instabilität in der Querachse des Wright Flyer von 1903 , der mit einem Canard von beträchtlicher Proportion konfiguriert war. Es war angeblich ziemlich anstrengend, stabil zu bleiben.

CP vor CG

Es hat Vorteile, einen Druckpunkt vor dem Schwerpunkt zu haben, wobei der Hauptgrund die Agilität ist. Zurück zur Kontrolle: Je weiter Sie die Pole nach rechts in Richtung Instabilität bewegen, desto schneller oder "zuckender" ist die Reaktion. Die F-16 ist auf diese Weise konfiguriert und ist seit geraumer Zeit der Standard für Manövrierfähigkeit, wobei Computer und Fly-by-Draht zur Erhöhung der Stabilität erforderlich sind.

Steuerflächen vor CG

Für die Manövrierbarkeit ist es auch vorteilhaft, Steuerflächen vor dem Schwerpunkt zu haben. In diesem Fall dient es dazu, ein Steuerungsmerkmal zu vermeiden, das als "Nicht-Minimalphasen"-Antwort bezeichnet wird. Bei einem herkömmlichen Flugzeug mit Heckkonfiguration wird, wenn ein Steigflug befohlen wird, das Heck nach unten gedrückt, was zu einer Nettoverringerung des Auftriebs führt, bis eine Erhöhung des Anstellwinkels entwickelt wird. Dies ist eine nicht minimale Phasenantwort. Es war notwendig, zunächst die entgegengesetzte Richtung als die gewünschte zu gehen. Bei Canard-Konfigurationen ist dies nicht der Fall, zuerst klettert die Nase, dann klettert alles.

Setz sie zusammen...

Vordere Steuerflächen, vorderes Druckzentrum und ein Stabilitätsverbesserungssystem mit angemessenem dynamischem Druck sorgen für ein verdammt manövrierfähiges Paket. Dies ist ein gängiges Rezept für taktische Raketen.

Nun, es ist. Es wird seit vielleicht 160 Millionen Jahren gemacht .

Der Pterodactyloidea-Zweig fliegender Saurier hatte lange Schnäbel, die in den meisten Fällen durch eine große Knochenstruktur am Hinterkopf ausgeglichen wurden, die eine seitliche Kontrolle ermöglichte. Dies ist ihr einziger Körperteil mit auffälligem Seitenbereich, daher könnte kein anderer Teil ihres Körpers einem ähnlichen Zweck dienen. Die Richtungskontrolle auf diese Weise hilft, den Kurs sofort dahin zu ändern, was das Tier gerade anschaut.

_{Pterodactylus antiquus ( Bildquelle )}

Da der Kopf vor ihrem Schwerpunkt lag, ist die Konfiguration statisch instabil und erfordert kontinuierliche Steuerkorrekturen. Andererseits liefert es sehr schnelle Antworten. Das funktioniert und wurde mehrfach durch flugsaurierförmige Flugmodelle bewiesen .

Ein anderer Zweig, die Rhamphorhynchoidea , hatte einen Schwanz, der zusätzliche seitliche und Längskontrolle bot. Paläobiologen streiten sich jedoch noch darüber, ob die Schwanzspitze im Flug horizontal oder vertikal ausgerichtet war.

In der Neuzeit waren Gewichts- und Luftwiderstandseinsparungen die Motivation, die Seitenflosse an der Spitze eines Flugzeugs zu platzieren. Der britische Raumflugzeugvorschlag HOTOL hatte eine solche aktiv gesteuerte Flosse direkt auf der Rumpfnase. Außerdem haben viele Luft-Luft-Raketen ihre beweglichen Steuerflächen nahe an der Spitze, und diese werden durch größere Flossen auf der Rückseite ausgeglichen. Beide zusammen machen sie zu Canards in der Quer- und Längskontrolle.