Warum sollte ein Segelflugzeug Wasserballast haben? Wenn es versucht, ohne Motor in der Luft zu bleiben, wäre es dann nicht besser, so leicht wie möglich zu sein?

Die Masse beeinflusst nicht die maximale Distanz, sondern nur die maximale Ausdauer.

Stellen Sie sich zum Beispiel zwei identische Flugzeuge A und B vor: A wiegt 50 kg weniger als B. Unter der Annahme, dass kein Wind (horizontal / vertikal) und die Geschwindigkeit des besten Gleitens angenommen werden, landen beide Segelflugzeuge genau an derselben Stelle.

Das leichtere Flugzeug A wird jedoch später als B ankommen, da die Geschwindigkeit des besten Gleitens geringer ist als bei B. Zusammenfassend kann man sagen, dass zusätzliche Masse nur die Reisegeschwindigkeit erhöht, nicht aber die Reisestrecke.

Segelflugwettbewerbe sind meistens eine Strecke, die man in kürzester Zeit fliegen muss. Das heißt, wenn Sie eine höhere Geschwindigkeit des besten Gleitens haben, können Sie in Wettkämpfen schneller fliegen.

Der einzige Nachteil eines höheren Gewichts ist, dass Ihre Auftriebsrate in der Thermik verringert wird und es aufgrund der höheren Geschwindigkeit schwieriger ist, die Thermik zu zentrieren.

Es ist teilweise auch möglich, den Schwerpunkt (CG) durch die zusätzliche Last zu verschieben. Je weiter es zum hinteren Limit ist, desto höher ist Ihr maximaler Abstand. Dies liegt daran, dass Sie weniger Abwärtskraft vom erforderlichen Stabilisator haben. (Wenn der Schwerpunkt am vorderen Limit ist, müssen Sie den Steuerknüppel ziehen, um horizontal zu fliegen, daher haben Sie mehr Luftwiderstand). Allerdings halte ich das eher für einen positiven Nebeneffekt und meistens wird das Wasser zum schnelleren Fliegen genutzt.

Quelle: Ich bin Segelflieger und absolviere gerade meine ATPL-Ausbildung.

Schauen wir uns zusätzlich zu den anderen Antworten dieses L/D(=E)-Diagramm der verlockenden DG-1000 von DG Flugzeugbau an (aber keine Angst, das gilt für alle Segelflugzeuge):

Das beste L/D-Verhältnis ist für verschiedene Flächenbelastungen gleich, tritt aber bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf – je höher die Belastung, desto höher die Geschwindigkeit. Sie können auch sehen, dass die Mindest-/Stalldrehzahl bei höheren Lasten ebenfalls höher ist.

Das nächste Diagramm zeigt die Polarkurve :

Sie sehen, dass das minimale Sinken bei geringster Belastung auftritt. Je schwerer die Last, desto länger müssen Sie für einen bestimmten Höhengewinn in der gleichen Thermik kreisen.

Die Belastung ist ein Kompromiss zwischen höherer Durchschnittsgeschwindigkeit und weniger effizientem Steigen. Bei starker Thermik und/oder langen Gleitpausen verschiebt sich das Optimum in Richtung mehr, bei schwachen Bedingungen in Richtung weniger oder gar keinen Ballast. Das Gute ist, dass man ziemlich schnell Wasser ablassen kann (auch teilweise), so dass man bei einem Wettkampf eher zum Tanken (und ggf. Ablassen) neigt, als leicht anzufangen (der Quintus z. B. fasst bis zu 250 Liter!)

Achterballast im Seitenleitwerk wird manchmal verwendet, um einen vorderen Schwerpunkt auszugleichen, der durch Wasser in den Flügeln verursacht wird - je nach Schiff kann ein teilweises Ablassen problematisch sein.

Natürlich gibt es viele Philosophien und taktische Debatten über den "Wasser oder kein Wasser"-Streit, aber sobald Sie ein identisches, leichteres Schiff mit vollen Flügeln und ohne Höhenverlust überholt haben, sehen Sie, wie viel Spaß Ballast machen kann (bis die nächste Thermik, das heißt).

Ich schalte mehr als 3 Jahre zu spät ein, weil ich mit den Antworten hier nicht ganz zufrieden bin. Ja, Lnafziger, wenn man möglichst lange oben bleiben will, sollte das Flugzeug möglichst leicht sein. Aber manchmal muss es schnell runter gehen: Dann wird Wasserballast hinzugefügt.

Force is right: Wasserballast beschleunigt alles. Aber es steckt noch mehr dahinter.

Auch StallSpin hat einen guten Punkt: Höhere Flächenbelastung bedeutet weniger Störungen durch Böen.

Aber es gibt auch zwei Punkte, die beachtet werden sollten:

1. Höhere Geschwindigkeit bedeutet höhere Reynolds-Zahl. Da diese Zahl das Verhältnis von Trägheits- zu viskosen Kräften angibt, bedeutet dies, dass der Reibungswiderstand relativ geringer ist . Die Folge ist, dass der Schirm mit der höheren Flächenbelastung wirklich etwas weiter fliegt als der leichte Schirm, wenn beide mit ihrer besten L/D-Geschwindigkeit fliegen. Der Unterschied ist nicht riesig, verschafft dem schwereren Schiff aber einen weiteren Geschwindigkeitsvorteil, wenn es die letzte Thermik eine Kurve früher verlassen kann als das leichtere Segelflugzeug.

   Aber die höhere Reynolds-Zahl macht einen noch größeren Unterschied bei niedriger Geschwindigkeit: Die Rollkontrolle wird durch Wasserballast erheblich verbessert. Im Bereich der Reynolds-Zahlen, die für den Außenflügel eines Segelflugzeugs bei niedriger Geschwindigkeit (deutlich weniger als eine Million) typisch sind, verbessert die Geschwindigkeitserhöhung den Strömungswiderstand und die Steuerleistung deutlich.

_{Reibungswiderstandsbeiwert einer flachen Platte über der Reynolds-Zahl ( Bildquelle ). Die Kurve für ein Segelflugzeug liegt zwischen der vollständig laminaren und der vollständig turbulenten. Beachten Sie die doppelt logarithmischen Achsen.}

2. Taktik: Wasserballast wird meistens bei Wettkämpfen verwendet, und wenn sich mehrere Flugzeuge eine Thermik teilen, wartet jeder Pilot darauf, dass die anderen zur nächsten Thermik abfliegen. Das Beobachten der anderen sagt ihr/ihm, wo die beste Route für minimalen Höhenverlust ist. Das bringt selbst die höchsten Piloten in der Thermik dazu, ihre Geschwindigkeitsbremsen zu öffnen, nur um nicht als erster die Thermik zu verlassen. Mit Wasserballast wird die Steiggeschwindigkeit reduziert (höheres Sinken plus größerer Wenderadius wirken zusammen, um die Steigrate des Segelflugzeugs deutlich zu reduzieren), so dass der Pilot mit Wasserballast sogar einen taktischen Vorteil in der Steigphase hat, indem er ein schwereres Schiff fliegt.

Die Antwort der Kraft ist so ziemlich die Antwort, aber bedenken Sie auch, dass Masse = Trägheit ist. Wenn Sie mehr wiegen, ist es weniger wahrscheinlich, dass Sie durch eine bestimmte äußere Kraft (Turbulenzen) gestört werden. Ein leichteres Flugzeug ist wendiger, aber es wird auch viel herumspringen.

Wie viel Einfluss die betreffenden Vorschaltgeräte darauf bei einem Segelflugzeug haben, kann ich allerdings nicht sagen.

Die Antwort von Force ist sehr gut. Aber die Aussage "zusätzliche Masse erhöht nur die Reisegeschwindigkeit, aber nicht die Reisestrecke", die für jeden Gleitflug gilt, berücksichtigt nicht die Tatsache, dass Bedingungen, die zum Segelfliegen geeignet sind, typischerweise jeden Tag für eine begrenzte Zeit herrschen - also die Reisegeschwindigkeit erhöhen erhöht auf jeden Fall die Distanz.

Der Punkt von StallSpin über die reduzierte Auswirkung von Turbulenzen auf ein mit Ballast beladenes Segelflugzeug ist signifikant. Dies ist am besten beim Fliegen eines Grats zu sehen, der bei starkem Wind sehr rau sein kann. Das mit Ballast beladene Segelflugzeug, das weniger Beschleunigung durch die raue Luft erleidet, kann schneller und tiefer fliegen, wo die horizontale Windkomponente geringer ist, was einen kleineren Crab-Winkel erfordert.

Ein weiterer Faktor, der in den vorhandenen Antworten nicht erwähnt wird: Wenn Sie alleine ein zweisitziges Segelflugzeug fliegen, möchten Sie möglicherweise Ballast hinzufügen, um Ihren Schwerpunkt zu korrigieren.

Segelflugzeuge sind leicht, daher kann eine vermisste Person einen erheblichen Einfluss auf den Schwerpunkt haben. Zweisitzer sind für das Fliegen mit zwei Personen an Bord optimiert. Ich habe sogar gesehen, wie Bleiballast in der Nase eines Segelflugzeugs verwendet wurde, als ein sehr dünner und kleiner Auszubildender mit einem schwergewichtigen Ausbilder auf dem Rücksitz flog.

Neben all dem guten Inhalt in allen anderen guten Antworten sollte noch ein Punkt gemacht werden: Wenn sich die Luftmasse horizontal und / oder vertikal bewegt, ist die Gleitzahl über dem Boden anders als die Gleitzahl durch die Luftmasse und daher Das Gleitverhältnis über dem Boden unterscheidet sich vom L/D-Verhältnis.

Beim Gleiten in Gegenwind ist die maximal erreichbare Gleitzahl relativ zum Boden bei schwerem Schirm höher als bei leichtem Schirm . Sie können dies leicht selbst überprüfen: Beginnen Sie mit dem zweiten Diagramm in dieser verwandten Antwort und verlängern Sie die horizontale Achse nach links weit genug, um den Ursprung des Diagramms einzuschließen. Setzen Sie nun Ihren Stift auf den Punkt (x=50 km/h, y=0). Ausgehend von diesem Punkt (x= 50 km/h, y=0) ist die Steigung einer tangential zur Fluggeschwindigkeits-Sinkgeschwindigkeitskurve gezogenen Linie die höchste erreichbare Gleitzahl bei 50 km/h Gegenwind in weder aufsteigender noch aufsteigender Luft Untergang. Sie können sehen, dass die Linie, die tangential zur Kurve mit Schotter gezogen wird, flacher ist (dh weniger Neigung hat) als die Linie, die tangential zur Kurve ohne Schotter gezogen wird.

Wenn wir bedenken, dass ein Segelflugzeug, wenn es an einem windigen Tag eine Aufgabe fliegt, die zum Startpunkt zurückfliegt, es ausnahmslos mehr Zeit damit verbringt, mit einer Gegenwindkomponente als mit einer Rückenwindkomponente zu fliegen, ist dies kein trivialer Punkt.

Dieser Effekt ist natürlich noch ausgeprägter, wenn wir unsere Tangente von (x = 100 km / h, y = 0) ziehen, was die beste erreichbare Gleitzahl beim Fliegen gegen 100 km / h Gegenwind darstellt.

Beim Hangfliegen eines ferngesteuerten Miniatursegelflugzeugs bei starkem Wind kommt es nicht selten vor, dass ein leicht beladenes Segelflugzeug Schwierigkeiten hat, überhaupt vorwärts zu kommen, und ein schwer beladenes nur fast senkrecht zu Boden sinkt Version desselben Flugzeugs kann viel näher am maximalen L/D-Anstellwinkel geflogen werden und kann daher mit hoher Geschwindigkeit vorwärts rasen, während die Höhe beibehalten oder gestiegen wird.

Wenn wir den oben besprochenen Graphen nehmen und die y-Achse nach oben verlängern, sodass sie sich in positive Werte für y erstreckt, und beginnen, unsere Tangentenlinie vom Punkt (x = 0, y = 0,2 m / s) zu zeichnen, können wir finden die höchste erreichbare Gleitzahl relativ zum Boden bei einem Abwind von 0,2 m/s und null Gegen-/Rückenwind. Wiederum ist die Linie, die tangential zur Kurve mit Schotter gezogen wird, flacher (dh hat eine geringere Neigung) als die Linie, die tangential zur Kurve ohne Schotter gezogen wird. Bei einem Fallwind ist die maximal erreichbare Gleitzahl relativ zum Boden bei einem schweren Gleitschirm höher als bei einem leichten Gleitschirm.Da die Luft zwischen den Thermiken oft etwas absinkt, ist das auch kein trivialer Punkt. Ein Fall, in dem ein Segelflugzeugpilot am wahrscheinlichsten daran interessiert ist, seine Gleitzahl über dem Boden zu maximieren, ist, wenn er oder sie in sinkender Luft fliegt, und in dieser Situation hilft Ballast.

Das gleiche Verfahren kann verwendet werden, um die maximal erreichbare Gleitzahl relativ zum Boden in Luft zu finden, die sinkt und eine Gegenwindkomponente enthält. In diesem Fall hilft Ballast wirklich sehr - die maximal erreichbare Gleitzahl relativ zum Boden ist bei einem Segelflugzeug mit Ballast viel höher als bei einem Segelflugzeug ohne Ballast.

Ein Punkt, der in anderen Antworten nicht ausdrücklich erwähnt wird, ist, dass an einem Tag mit starkem Segelflug niemand bestenfalls L / D fliegt. Angenommen, der Auftrieb ist stark und das Klettern ist kein Problem. Ballast bis max brutto. Fahren Sie zwischen den Thermiken mit 100 Knoten. Die Sinkrate bei gleicher Fluggeschwindigkeit wird viel höher sein, wenn kein Ballast mitgeführt wird.

Sie können dies leicht erkennen, indem Sie die Polardiagramme in dieser verwandten Antwort überprüfen . Sehen Sie sich das zweite Diagramm an – das Diagramm der Sinkrate im Vergleich zur Fluggeschwindigkeit für drei verschiedene Flächenbelastungen. 100 Knoten sind etwa 180 km/h. Bei schwerster Beladung beträgt die Sinkgeschwindigkeit bei dieser Fluggeschwindigkeit 1,8 m/sec und bei geringster Beladung beträgt die Sinkgeschwindigkeit bei dieser Fluggeschwindigkeit 3 ​​m/sec. Das ist eine um 66 % höhere Sinkrate.

Beim Fliegen mit einer bestimmten Fluggeschwindigkeit, die weit über der besten L / D-Geschwindigkeit liegt, erhöht Ballast tatsächlich die Entfernung, die für den gleichen Höhenverlust ausgeglichen wird.