Warum können an den Flügeln montierte Spoiler nicht verwendet werden, um Anflüge steiler zu machen?

In einem Kommentar zu dieser Antwort auf meine vorherige Frage zu am Heck montierten Luftbremsen (Fehlen von) sagt @JohnK:

Sie werden keine Flugspoiler (Geschwindigkeitsbremsen) sehen, die verwendet werden, um Anflüge steiler zu machen. Sie müssen 10 kt über Vref sein, um sie auf einem CRJ900 auszufahren, und Sie sollten überhaupt nicht so heiß sein, und Sie dürfen sie überhaupt nicht unter 300 Fuß verwenden.

Warum müssen Sie ungewöhnlich schnell fahren, um mit den Spoilern langsamer zu werden, und warum können sie nicht in geringer Höhe verwendet werden (insbesondere angesichts der Tatsache, dass es mir wie bei Luftbremsen so scheint, als wäre eine Spoilerverlängerung eine sicherere Methode zu verlangsamen, als den Gashebel ganz zurückzunehmen, denn wenn ein Durchstarten notwendig wird, können die Spoiler viel schneller einfahren, als die Motoren von Leerlauf auf TOGA hochfahren können)?

Aus genau diesem Grund sind die Triebwerke beim Anflug bis zur Landefackel nie im Leerlauf.
Sie SIND es gewohnt, Anflüge steiler zu machen - fragen Sie einfach jeden, der jemals Segelflugzeuge geflogen ist. Warum bestimmte Flugzeuge sie nicht verwenden oder die Verwendung nur unter bestimmten Umständen zulassen, müssen Sie die Designer fragen. Aber ich würde vorschlagen, dass ein großer Teil des Grundes, warum sie in Verkehrsflugzeugen nicht verwendet werden, darin besteht, dass das Zurückdrosseln des Triebwerks einen ausreichend steilen Anflug erzeugt - es ist der Unterschied zwischen dem Gleitverhältnis von 12: 1 eines typischen Verkehrsflugzeugs gegenüber dem 50: 1 oder mehr Segelflugzeuge.

Antworten (5)

Sie können. Der Airbus A318 und der Embraer E190 tun dies beide im Steilanflugmodus. In diesem Video einer A318-Landung und einem ähnlichen Anflug in einer E190 am Flughafen London City können Sie erweiterte Spoiler sehen .

Um noch weiter zurückzugehen, tat dies der Lockheed L-1011 mit einem System namens Direct Lift Control. Wenn Landeklappen ausgewählt wurden, hoben Spoiler einen bestimmten Betrag an. Kleine Bewegungen am Joch hoben oder senkten die Spoiler, anstatt die Höhenruder einzustellen. Dies sorgte für einen sehr reibungslosen Anflug und Landung.

Der gemeinsame Punkt ist, dass diese Flugzeuge Elektronik zur Spoilersteuerung verwenden. Es ist zu kompliziert, dies in einem Kabel-Flugsteuerungssystem zu tun. Sie müssen das System die Spoiler in Fällen wie Durchstarten und Stalls schnell einfahren lassen. Soweit ich mich erinnere, aktiviert der Steilanflugmodus beim A318 einen anderen Satz von Verstärkungen in den Flugregelkreisen für bessere Handhabungsqualitäten in dieser Konfiguration.

Schließlich haben eine Reihe von Jägern dasselbe System, und einige Segelflugzeugpiloten tun dies manuell.

Die F14 hatte DLC, um bei Trägeranflügen zu helfen. Der A6 verwendete Spoiler anstelle von Querrudern. Einige Piloten verfeinerten sie und wackelten mit den Flügeln, um den linken und rechten Spoiler abwechselnd zu bekommen, um das Flugzeug auf einen Gleitweg fallen zu lassen, ohne den Neigungswinkel zu beeinträchtigen.
Dasselbe gilt für den EA-6B!

Das Hauptproblem ist die Notwendigkeit, die vertikale Sinkrate Ihres über 100.000 Pfund schweren Aluminium-Mülleimers und die Risiken harter Landungen zu bewältigen.

Obwohl sie oft als Geschwindigkeitsbremsen bezeichnet werden, besteht die Hauptwirkung von Flugspoilern darin, die Sinkrate zu erhöhen (ohne zu beschleunigen). Bei einem Landeanflug mit typischen Jet-Geschwindigkeiten von etwa 130 kt möchten Sie nicht mehr als etwa 700-800 fpm absteigen (ungefähr das, was Sie bei dieser Geschwindigkeit auf einer 3-Grad-Neigung erreichen). Mehr als 1000 Fuß pro Minute werden normalerweise als nicht stabilisierter Anflug angesehen und erfordern bei vielen Fluggesellschaften ein Durchstarten, wenn die Sinkrate unter 1000 Fuß liegt.

In der Landekonfiguration auf einem 3-Grad-ILS-Gleitweg fliegen Sie 99,9 % der Zeit, Sie benötigen normalerweise einen beträchtlichen Schub, und kleine Neigungs- und Schubanpassungen sind mehr als ausreichend, um die Steigung und die Sinkrate präzise beizubehalten.

Das Problem besteht darin, hohe Sinkraten in Bodennähe zu haben und das Sinken am Boden mit all dieser Masse / Trägheit aufzuhalten, wenn es bergab geht, wenn das einzige Werkzeug, das Sie tun müssen, darin besteht, den Gesamtauftrieb durch Aufstellen zu erhöhen. Sobald das hohe Sinken erreicht ist, hilft das Einfahren der Flugspoiler nur wenig und Sie müssen sich aufrichten (und Schub hinzufügen, aber das wird sich verzögern).

Bei Verkehrsflugzeugen mit Vorflügeln an der Vorderkante und Klappen mit mehreren Schlitzen, die in der Landekonfiguration superschleppend sind, ist die Fähigkeit, die Sinkrate mit der Steigung zu stoppen, begrenzt, und es gibt wenig Spielraum für Fehler, es sei denn, Sie haben einen signifikanten Energiespielraum über Vref. Gehen Sie etwas unter Vref und ziehen Sie die Tonhöhe, und es passiert nicht viel, bis der Schub hochkommt. Dadurch besteht ein hohes Risiko, dass Sie durch die Landefackel hindurch weiter sinken und hart aufschlagen.

Ich habe sowohl den ursprünglichen CRJ200 mit harten Vorderkanten als auch die späteren 700/900-Versionen mit Vorflügeln geflogen, und der 200er ist tatsächlich das verzeihendere Flugzeug beim Landen, weil er in der Landekonfiguration weniger schleppend ist und gerne dahinrollt, anstatt zu fallen aus. Bei einem 200er gehen Sie bei 50 Fuß in den Leerlauf, müssen aber die Stromversorgung bis zum Beginn der Fackel in den Latten eingeschaltet lassen. Zwischen dem und dem Längslenkergetriebe gelingen schöne Landungen mit dem 200 mühelos. Harte Landungen passieren bei Piloten, die von der 200er auf die 7/900 wechseln, weil sie zu früh an Kraft verlieren.

Spoiler werden Spoiler genannt, weil sie den Auftrieb verderben .

Um das Flugzeug zu verlangsamen oder schneller abzusinken, muss es die Energie abbauen, und das bedeutet, den Luftwiderstand zu erhöhen. Das Unterbrechen des Luftstroms über dem Flügel erzeugt aufgrund der Stagnation hinter den Spoilern viel Luftwiderstand und zusätzlichen induzierten Luftwiderstand, wenn die Auftriebsverteilung weiter vom Optimum verschoben wird. Nach der Landung bringt der störende Auftrieb auch mehr Gewicht auf die Räder, wodurch die Bremsen effektiver werden.

Der Preis dafür ist jedoch, dass das Flugzeug mit einem höheren Anstellwinkel fliegt, um die Auftriebsreduzierung zu kompensieren, und das bedeutet näher am Strömungsabriss. Das bedeutet, dass das Flugzeug nicht so langsam fliegen darf, um den Sicherheitsspielraum aufrechtzuerhalten, und keine Spoiler in niedriger Höhe verwenden sollte, wo im Falle eines Strömungsabrisses nicht genügend Höhe vorhanden wäre, um sich zu erholen.

Segelflugzeuge verwenden normalerweise Spoiler bis zur Landung. Ohne Motor ist es ihre einzige Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Energieverlusts zu regulieren. Ein leichter langsamer Segler kann es sich jedoch leisten, nahe am Stall zu fliegen, da er nach dem Einfahren der Spoiler sehr schnell geborgen werden kann. Ihre Spoiler sind auch relativ klein, sodass sie keine so steilen Anflüge zulassen.

Flugzeuge sind jedoch eine andere Sache. Sie haben eine große Trägheit, wodurch sie ziemlich langsam auf Steuereingaben reagieren. In Kombination mit ihrer viel höheren Geschwindigkeit macht es einen Strömungsabriss aufgrund von etwas zu lange ausgelassenen Spoilern zu einem viel größeren Problem. Ihre Spoiler sind auch größer, da ihre Hauptfunktionen darin bestehen, den Auftrieb auf den Boden und den Notabstieg zu leiten, der normalerweise mit maximal zulässiger Geschwindigkeit geflogen wird.

Wie von @user71659 erwähnt, gibt es einige Flugzeuge, die Spoiler für steile Anflüge verwenden, z. B. A318. Aber der A318 hat eine ungewöhnlich niedrige Strömungsabrissgeschwindigkeit, da er die gleichen Flügel wie der A320 verwendet, die für sein Gewicht groß sind, und sein Flugsteuerungscomputer ist so programmiert, dass er die Spoiler einfährt (und die Triebwerke hochfährt), wenn er dem Abwürgen zu nahe kommt.

Es wäre auch möglich, den Spoiler für steilere Anflüge nur wenig oder nur teilweise ausfahren zu lassen. Steile Anflüge sind jedoch selten, sodass sie für die meisten Flugzeughersteller und Fluggesellschaften die zusätzliche Komplexität im Steuersystem für den Zweck nicht wert sind.

Ich kann der Logik hier nicht wirklich folgen. Zugegeben, mein Fachwissen liegt bei Segelflugzeugen, aber hier ist es: Wenn Sie mit offenen Spoilern kommen, ja, die Stallgeschwindigkeit ist höher, aber Sie können auch näher an die Stallgeschwindigkeit fliegen, da das Schließen der Spoiler eine sofortige Möglichkeit ist, den Auftrieb wiederherzustellen. Bei Segelflugzeugen funktioniert dies sehr gut, kürzere und sanftere Landungen werden erreicht, indem man mit offenen Spoilern zum Finale kommt.
@Jan Hudec, keine Beleidigung beabsichtigt, aber dein erster Absatz liest sich wie eine Fallstudie, wenn du den Punkt verfehlst. Sie sagen, dass das Flugzeug aufgrund des verringerten Auftriebs in einem höheren Anstellwinkel fliegen und die Geschwindigkeit erhöhen muss, um dem entgegenzuwirken. Technisch gesehen haben Sie Recht, aber der ganze Sinn der Verwendung von Spoilern oder Geschwindigkeitsbremsen besteht darin, die Sinkgeschwindigkeit zu verlangsamen und zu erhöhen. Warum genau den Effekten entgegenwirken, die Sie erreichen wollen?!
@MichaelHall: Ich werde versuchen, es umzuformulieren. Der Zweck der Verwendung von Spoilern besteht in der Tat darin, die Sinkgeschwindigkeit zu verlangsamen und zu erhöhen, aber das bedeutet, dass Energie durch Erhöhung des Luftwiderstands dissipiert wird, und dies ist eine Möglichkeit, viel Luftwiderstand zu erzeugen. Aber es hat diesen Nachteil. Ich wollte nicht wirklich den Zweck erklären, nur die Nebenwirkung, weil das für die vorliegende Frage relevant ist.
@MartinArgerami, ich nehme die zitierte Einschränkung von CRJ900 grundsätzlich zum Nennwert. Wenn Spoiler unterhalb von Vref+10 nicht erlaubt sind, gibt es nicht viele mögliche Gründe, abgesehen davon, dass es als zu gefährlich angesehen wird.
@JanHudec, Drag ist nicht wirklich ein Nebeneffekt, Drag ist der Haupteffekt. Das Verlangsamen ist eigentlich ein Nebeneffekt des Luftwiderstands, aber wenn Sie sie löschen, möchten Sie das offensichtlich tun. Ihre Bearbeitung ist besser, aber ich mag diesen Satz immer noch nicht: "Höherer Anstellwinkel bedeutet näher am Stall. Das bedeutet, dass das Flugzeug schneller fliegen muss, um den Sicherheitsabstand einzuhalten." Auch hier ist technisch nichts falsch an dieser Aussage, Aber wann würden Sie jemals Spoiler ausfahren und dann beschleunigen, um die Stallmarge zu erhöhen?
@MichaelHall, ich habe nicht gesagt, dass Drag ein Nebeneffekt ist. Ich sagte, die Erhöhung der Stallgeschwindigkeit sei ein Nebeneffekt, aber dieser Nebeneffekt ist für diese Frage wichtig.
@JanHudec, OK, die Unterscheidung zwischen Nebenwirkung und Primärwirkung ist für mich nicht wirklich entscheidend. Die Zeile, die ich zitiert habe, klingt, als würde ein Pilot Spoiler einsetzen, um langsamer zu werden, und dann wieder beschleunigen, um die Stallmarge zu erhöhen, weil der AOA erhöht wurde, um die Höhe zu halten. Dies ist kein realistisches Szenario, da es keinen Sinn macht. Wenn Sie die Bretter knallen, müssen Sie entweder langsamer werden oder schneller herunterkommen. In diesem Fall würden Sie die Nase absenken, um die Fluggeschwindigkeit zu halten oder vielleicht sogar zu beschleunigen. Die Beschleunigung würde jedoch nicht dazu dienen, die Stall-Marge zu erhöhen, da Sie die AOA nicht erhöht hätten. –
Der induzierte Widerstand erhöht sich nicht aufgrund eines höheren Anstellwinkels, sondern aufgrund der Änderung der Auftriebsverteilung über die Spannweite. Ich bin sicher, Sie wollten das sagen, aber der erste Absatz ist furchtbar leicht zu missverstehen.
@PeterKämpf, ehrlich gesagt bin ich mir nicht sicher, was passiert. Ich denke jedoch, selbst wenn Spoiler ein wenig über die gesamte Spannweite verlängert würden (und Verkehrsflugzeuge haben sie auf den meisten davon), würde dies den induzierten Widerstand immer noch erhöhen, da die unterbrochene Strömung nicht nach unten abgelenkt wird, sodass die verbleibende Strömung stärker abgelenkt werden muss , nimmt mehr Energie weg. In gewissem Sinne ist es also eher eine Änderung der Auftriebsverteilung zwischen Ober- und Unterseite als entlang der Spannweite.
Spoiler verlangsamen den Luftstrom und folglich die Zirkulation. Die Geschwindigkeitsbremsen an Segelflugzeugen schneiden einen einzelnen Flügel effektiv in drei kleine, parallele Teile, die alle ihren eigenen induzierten Widerstand haben. Der lokal induzierte Luftwiderstand ist die Zirkulationsstärke mal dem Zirkulationsgradienten über die Spannweite. Ober- und Unterseite müssen nicht im Detail betrachtet werden, nur die Summe zählt. Airliner-Spoiler verursachen weniger zusätzlichen induzierten Widerstand, aber viel Druckwiderstand durch getrennte Strömung, insbesondere über den nach hinten gerichteten oberen Klappenoberflächen. Der induzierte Widerstand ist ein kleinerer Faktor.

Die Antwort ist ja, Sie KÖNNEN Spoiler (in einer Flugposition!) verwenden, um einen Anflug steiler zu machen. Das Flugzeug bleibt vollständig steuerbar und kann vor dem Aufsetzen mit den Spoilern in dieser Position abgefackelt werden.

Obwohl es sicher, legal und vernünftig ist, dies zu tun, gilt es unter professionellen Fluglinien- und Firmenpiloten als Fauxpas, da Hochleistungsfliegen den Passagierkomfort beeinträchtigt, insbesondere für nervöse Flieger. Die Reise so ereignislos und reibungslos wie möglich zu gestalten, gehört ebenfalls zum Job eines Piloten.

Worauf es hinausläuft, sind Bremsen (Aerodynamik, Räder und Rückwärtsstrahlruder) und Gewicht.

Zuerst die Strategie für das Riesenflugzeug: Möglichst flach und langsam einfliegen, absetzen und 200 Tonnen zum Stehen bringen. Die beste Anwendung von Bremsklappen besteht darin, sie als Hebevorrichtungen zu haben. Lamellen und Flats erzeugen einen unter und über gewölbten Flügel, der zwar schleppend (hier gut) ist, aber bei langsamen Geschwindigkeiten den größten Auftrieb erzeugt. Steile Anflüge sind out, da die Physik der Trägheit dies zu einer "Fallstudie" der Gefahren des Rundens in geringer Höhe und des Zerquetschens des Fahrwerks bei zu hoher Sinkgeschwindigkeit macht. Einfach absetzen, dann Bremsen, Schubumkehr, alle verfügbaren Bremsklappen (einschließlich Spoiler). Ein Flugzeug, das mit 150 Knoten landet, benötigt mehr als die doppelte Bremskraft als ein Flugzeug, das mit 100 Knoten landet.

Mit einem Spoiler muss man schneller fahren, um den gleichen Auftrieb zu bekommen. Mit einer Klappe langsamer. Gleiches Ziehen. In diesem Fall schwenken Sie also die Bremsklappe nach unten.

Nun zur Strategie des Segelflugzeugs: Steilerer Sinkwinkel. Wenn es an der Landebahnschwelle 50 Fuß hoch ist, kann es direkt über eine 3000-Fuß-Landebahn segeln! Wir wollen Luftwiderstand und weniger Auftrieb, aber wie vermeiden wir das Abwürgen? Durch Beschleunigung. Hier ist ein wenig mehr Geschwindigkeit kein Problem. Jetzt erhalten Sie den gleichen Auftrieb bei höherer Geschwindigkeit, wenn Sie ihn brauchen, anstatt sich nach oben zu neigen. Schneller zu fahren bedeutet in jedem Fall weniger effizientes Gleiten und effizienteres Luftbremsen. Die zusätzliche Geschwindigkeit wird kein wesentlicher Faktor sein, sobald das Flugzeug unten ist (es zum Anhalten zu bringen).

In diesem Fall schwenken Sie also die Bremsklappe nach oben.

Gleiche Luftbremse! Schwer, langsam, flach - nach unten. Leicht, schnell, steil – rauf.

Kommt drauf an was du fliegst.

was fliegst du? Fliegen Sie Segelflugzeuge? Ich bin nur ein paar Mal Segelflugzeuge geflogen, aber ich finde Ihren Absatz oben sehr verwirrend ...
Ich mag den Absatz über ein Verkehrsflugzeug auch nicht. Niemand fliegt so „flach und langsam wie möglich“. Wo bist du darauf gekommen?
@Michael Hall mehrmotorige Großflugzeuge kommen herein (siehe John K) bei 3 Grad Klappen nach unten, um ihre Sinkgeschwindigkeit zu minimieren. Ich habe das nie mit einem einzelnen Motor gemacht, weil Sie unterhalb des Gleitwegs sind, wenn der Motor abbricht. Aber die Sinkgeschwindigkeit mit einem sehr schweren Flugzeug lässt sich leichter mit einem flachen Gleitpfad steuern. Selbst mit einer 172 macht es das Abrunden viel einfacher. Im Gegensatz zum Segelflugzeug, das seinen Flügel "kleiner" macht, indem es den Auftrieb verdirbt, damit es seinen Winkel steiler machen kann, um die Landebahn zu machen.
Der Teil über Segelflugzeuge klingt für mich auch zweifelhaft. Segelflugzeuge nähern sich mit Spoilern, die eingesetzt werden, um ihre mangelnde Durchstartfähigkeit auszugleichen. Wenn das Segelflugzeug aus irgendeinem Grund kurz vor der Landebahn landet, kann es Spoiler einfahren und den Anflug verlängern. Ich glaube, Sie haben die richtige Idee, aber die Argumentation zur Ursache könnte etwas aufgeklärt werden.
Nun, das ist die Kehrseite davon, zu lange zu gehen. Auch hier macht der Spoiler den Flügel "kleiner", was dem Flugzeug eine höhere Stallgeschwindigkeit und mehr Luftwiderstand verleiht. Es funktioniert im Grunde die schnelle Seite von Vbg. Wenn Sie also zu kurz fahren, verringert der einfahrende Spoiler den Gleitweg und erhöht die Gleitstrecke, mehr Auftrieb und geringere Strömungsabrissgeschwindigkeit. Also: Spoiler - sauber - Landeklappen: abnehmende Stallgeschwindigkeit. Spoiler - Klappen (gleich groß) - sauber ansteigende Reichweite. Klappen und Leistung (langsame Seite von Vbg) niedrigster und langsamster Gleitweg.
"Das Einfahren des Spoilers verringert den Gleitweg und erhöht die Gleitstrecke" Das macht absolut Sinn. Ich kann nicht dasselbe für Ihren letzten zusammenfassenden Satz sagen ...
@Michael Hall Meine Fantasie-Flugzeugträgerlandung sollte ein wenig hoch kommen und den Gashebel hacken, um den Draht zu fangen. Aber könnte ich den Motor erschrecken lassen und stattdessen den Spoiler knallen lassen?
Du kannst in einem Simulator oder einer Fantasy-Welt machen, was du willst, aber so wird es nicht gemacht ...
OK, ich versuche nur, eine Anwendung für die Frage zu finden. Gespult, verdammte Rechtschreibprüfung. Simulator könnte besser sein.
Warum können an den Flügeln montierte Spoiler nicht verwendet werden, um Anflüge steiler zu machen?
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