Warum sollten größere Flugzeuge höhere Start- und Landegrenzen bei Seitenwind haben als kleinere Flugzeuge?

In einer Antwort auf eine frühere Frage zum Mangel an Start- und Landebahnen auf großen britischen Flughäfen war ein Hauptthema, dass das Aufkommen größerer, schwererer Flugzeuge mit höheren maximalen Seitenwindgrenzen für Start und Landung (kombiniert mit dem relativ konstanten Windfeld von Heathrow) reduziert oder eliminiert wurde die Notwendigkeit von Seitenwindpisten :

Als Heathrow als kommerzieller Standort eröffnet wurde, hatte es DREI verschiedene Start- und Landebahnen in einem Dreieck und 1955 hatte es SECHS Start- und Landebahnen - Sie können sie hier sehen: Wikipedia [sic] commons - angeordnet, um einen Parallelbetrieb auf zwei beliebigen Start- und Landebahnen zu ermöglichen, egal wie der Wind ist Richtung war.

Aber mit dem Aufkommen größerer Transportflugzeuge mit höheren Landegeschwindigkeiten und größeren Seitenwindtoleranzen verringerte sich der Bedarf an zusätzlichen Landebahnen - und Ende der 1950er Jahre wurden nur die Ost-/West-Landebahnen verwendet - sie wurden auf die beiden Landebahnen verlängert heute in Betrieb, während die anderen Start- und Landebahnen geschlossen waren - sie werden heute als Rollwege genutzt.

Die Faktoren, die bestimmen, wie viel Start- oder Landeseitenwind ein Flugzeug bewältigen kann, sind jedoch:

• In erster Linie bestimmt die maximale Seitenruderautorität des Flugzeugs, die vor allem bestimmt, wie schnell der Pilot das Flugzeug beim Aufsetzen während einer Seitenwindlandung entkratzen kann, um die Hauptfahrwerksreifen (die bei den meisten Flugzeugen ¹sind in einer Längsausrichtung arretiert und können nicht nachrollen, um sich mit der Bewegungsrichtung des Flugzeugs entlang des Bodens auszurichten, im Gegensatz zum Bugfahrwerk), um nicht durch die seitlichen Kräfte zerstört zu werden, die dadurch entstehen, dass sie schief über die Landebahn gezogen werden; Es bestimmt auch, wie viel Seitenwind das Flugzeug während seines Start- oder Landerollens tolerieren kann, bevor es aufgrund der Windkraft auf den vertikalen Stabilisator des Flugzeugs unkontrolliert in den Wind wettert (obwohl dies normalerweise zweitrangig ist, da es im Allgemeinen weniger erfordert). Ruderautorität als das große Giermanöver mit hoher Geschwindigkeit, das erforderlich ist, um das Flugzeug beim Aufsetzen bei starkem Seitenwind zu entkrabben).
  • Die maximale Seitenruderautorität des Flugzeugs wiederum wird bestimmt durch das Verhältnis zwischen einerseits dem Betrag des Giermoments, das das Seitenruder auf das Flugzeug ausüben kann (eine Funktion der Größe des Seitenruders, seines effektiven Momentarms und [ zu einem geringeren Grad] sein maximaler Ablenkwinkel) plus das zusätzliche Giermoment, das durch den vorderen Rumpf erzeugt wird, wenn das Flugzeug einen Schiebewinkel ungleich Null hat (eine Funktion seiner Größe und seines effektiven Momentarms und des Schiebewinkels des Flugzeugs) und so weiter das andere, die Größe des Weathervaning-Drehmoments, das durch den vertikalen Stabilisator und den hinteren Rumpf erzeugt wird, wenn das Flugzeug einen Seitenschlupfwinkel ungleich Null hat (eine Funktion der Größe und des effektiven Momentarms der hinteren Teile des Flugzeugs und des Seitenschlupfwinkels des Flugzeugs); wie alleder beteiligten Flächen und wirksamen Momentenarme durch eine Änderung der Gesamtgröße des Flugzeugs im Wesentlichen zu gleichen Anteilen vergrößert oder verkleinert würden, wäre nicht zu erwarten, dass ein größeres Flugzeug eine wesentlich größere Seitenruderautorität als ein kleineres hat.
  • Ein viel wichtigerer Faktor in der Abteilung für Ruderautorität ist bei mehrmotorigen Flugzeugen mit Nicht-Mittellinienschub die Notwendigkeit, das Ruder zu verwenden, um die Richtungskontrolle im Falle eines Triebwerksausfalls während des Starts aufrechtzuerhalten, wobei der gute Motor noch auf voller Leistung ist , bei Geschwindigkeiten, die weit unter denen liegen, die zur Aufrechterhaltung des Fluges erforderlich sind; ^{2 Die minimale Fluggeschwindigkeit, bei der das Ruder über} genügend Steuerbefugnis verfügt, wird als V _MC ( Mindeststeuerbare Geschwindigkeit ) bezeichnet und bildet eine _{harte untere Grenze für den zulässigen V 1 -Bereich des Flugzeugs}Geschwindigkeiten (und damit auch von der für den Start bei gegebenem Gewicht benötigten Landebahn). Für mehrmotorige Flugzeuge ohne Mittellinienschub ist dies im Allgemeinen eher der kritische Fall als Landungen und Starts bei Seitenwind, der die erforderliche Ruderautorität definiert. Wenn es also eine Dichotomie bei den maximalen Ruderautoritäten von Flugzeugen geben würde , würde man erwarten, dass es einerseits zwischen einmotorigen (und mehrmotorigen) Flugzeugen mit Mittellinienschub und andererseits mehrmotorigen Flugzeugen ohne Mittellinienschub liegt anderen, und nicht zwischen Kleinflugzeugen und Großflugzeugen an sich . ³ Wenn überhaupt, würde man erwarten, dass einige kleine Flugzeuge mit Flügelmotoren mehr maximale Ruderautorität benötigen (und daher habengrößere Seitenwindfähigkeiten) als einige große Flugzeuge mit Triebwerken, die nahe an der Mittellinie des Flugzeugs montiert sind!
• Zweitens die Fähigkeit der Hauptfahrwerksreifen des Flugzeugs, den beträchtlichen seitlichen Kräften zu widerstehen, die auf sie ausgeübt werden, bevor das Flugzeug vollständig decrabbed ist; Dies bestimmt den maximalen Crab-Winkel, bei dem das Flugzeug sicher aufsetzen kann, ohne die Reifen vom Hauptfahrwerk zu reißen, sowie die Zeit, die zum Decrabben des Flugzeugs aus einem bestimmten Winkel zur Verfügung steht, bevor ernsthafte Reifenschäden auftreten. Kleinere Flugzeuge scheinen hier eher im Vorteil zu sein , denn...
  • Kleinere Flugzeuge neigen dazu, bei niedrigeren Fluggeschwindigkeiten zu landen und abzuheben, wodurch die seitliche Kraft auf die Hauptfahrwerksreifen für einen bestimmten Crab-Winkel minimiert wird und somit vermutlich sowohl der maximale sichere Aufsetzwinkel des Crab-Winkels als auch die zum Entkrabben verfügbare sichere Zeit erhöht werden aus einem bestimmten Winkel.
  • Kleinere Flugzeuge haben tendenziell eine geringere Reifenbelastung (weniger Gewicht pro Einheit Reifenaufstandsfläche) als größere Flugzeuge, wodurch die Reibungskraft zwischen der Reifenlauffläche und der Landebahnoberfläche und damit die seitlichen Kräfte auf das Hauptfahrwerk verringert werden Reifen bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit und einem bestimmten Crab-Winkel.

Warum also sollten größere Flugzeuge größere Start- und Landegrenzen bei Seitenwind haben als kleinere Flugzeuge und nicht umgekehrt?

¹ : Obwohl nicht alle.

² : Es wird im Allgemeinen auch als wünschenswert angesehen, die Kontrolle über das eigene Flugzeug im Falle eines Triebwerksausfalls während des Reiseflugs oder bei der Landung zu behalten; Dies sind jedoch in dieser Hinsicht weitaus weniger kritische Situationen, da ...

• Während des Reiseflugs ist die Fluggeschwindigkeit eines Flugzeugs im Allgemeinen viel höher als während des Starts oder der Landung (wodurch die Steuerautorität des Ruders stark erhöht wird), und seine Triebwerke befinden sich auf der Reiseflugschubeinstellung mit erheblich geringerer Leistung (wodurch die maximale Schubasymmetrie verringert wird - und somit die maximale Ruderautorität benötigt - sollte man unterwegs versagen), anstatt der TOGA mit maximaler Leistung ( Take Off / Go - Arund) Einstellung, die im Allgemeinen während des Starts verwendet wird. (Einige Starts sind leicht genug und von ausreichend langen Start- und Landebahnen und/oder bei ausreichend starkem Gegenwind, damit man sicher eine „Flex“-Einstellung mit geringerer Leistung für den Start verwenden kann, was den Motorverschleiß, den Kraftstoffverbrauch und die Geräuschentwicklung im Vergleich verringert zur Nutzung der vollen TOGA-Leistung, auf Kosten einer Verlängerung des Startlaufs des Flugzeugs und einer Verringerung des maximal zulässigen Startgewichts; jedoch verwendet selbst diese Einstellung immer noch einen viel höheren Schub als die Einstellung für Reiseflug.)
• Während der Landung werden die Triebwerke des Flugzeugs im Allgemeinen für den Abstieg fast in den Flugleerlauf heruntergefahren, wodurch die maximale Schubasymmetrie (und damit die maximal erforderliche Ruderautorität) im Falle eines Triebwerksausfalls stark verringert wird. Selbst wenn TOGA-Leistung benötigt wird (z. B. während eines Durchstarts oder einer Begegnung mit starker Windscherung), ist die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs immer noch erheblich höher als während der kritischsten Abschnitte des Startbodenrollens (und der Richtungssteuerungsspielräume). entsprechend größer).

³ : Zugegeben, fast alle einmotorigen Flugzeuge sind auch ziemlich klein ... aber viele, viele mehrmotorige Flugzeuge ohne Mittellinienschub sind es, also wären es nicht nur große Flugzeuge mit größeren Seitenwindfähigkeiten - viele kleine Flugzeuge wären es voraussichtlich auch.