Wie funktioniert die vertikale Stabilisierung?

Der "vertikale Stabilisator" (oder "vertikale Flosse") sorgt für die sogenannte "Wetterfahnenstabilität", "Richtungsstabilität" oder "Gierstabilität". Dadurch wirkt das Flugzeug wie eine Wetterfahne. Eine Wetterfahne zeigt immer in den Wind.

Der Wind, den ein Flugzeug „fühlt“, ist nicht der äußere, meteorologische Wind, sondern der „Wind“, der durch die Bewegung des Flugzeugs durch die Luftmasse (oder vielleicht würden wir lieber „innerhalb“ der Luftmasse sagen) erzeugt wird. Dieser scheinbare Wind wird als "relativer Wind" bezeichnet. Die vertikale Flosse hält also die Nase des Flugzeugs in die Richtung, in die das Flugzeug tatsächlich fliegt, dh in die Richtung, in der sich das Flugzeug durch die Luft bewegt.

Stellen Sie sich vor, Sie fahren an einem windstillen Tag mit hoher Geschwindigkeit auf einem eisigen See. Können Sie sehen, wie eine große vertikale Finne, die an der Rückseite des Autos montiert ist, einen "Wetterfahneneffekt" erzeugen würde, der dazu neigt, das Auto in einer Linie mit der Richtung zu halten, in die es sich tatsächlich bewegt, und dazu neigen würde, das Auto daran zu hindern, "Enden zu tauschen". " oder seitwärts rutschen?

Das macht die Seitenflosse eines Flugzeugs. Es ist eine sehr schlechte Sache, wenn ein Flugzeug mit einem sehr großen Schiebewinkel "Enden vertauscht" oder seitlich durch die Luft gleitet. In extremen Fällen kann der Pilot im Wesentlichen nichts tun, um die Situation zu retten, und das Flugzeug kann heftig außer Kontrolle geraten. Es ist ein Irrtum zu behaupten, dass die Funktion der Seitenflosse oder des Seitenleitwerks durch entsprechende Steuereingaben bei den Querrudern ersetzt werden könnte. Es trifft in vielen Fällen zu, dass Flugzeuge mit relativ kleinen Seitenleitwerken vom Piloten häufig größere Seitenrudereingaben erfordern, um Kurven "koordiniert" zu halten, dh um zu verhindern, dass die Nase etwas aus der Richtung schwingt, in die sich das Flugzeug bewegt, während es dreht -- wir sparen uns, mehr darüber für eine andere Antwort zu sagen.

Flugzeuge ohne Seitenleitwerk müssen "Wetterfahnenstabilität" oder "Gierstabilität" oder "Richtungsstabilität" aus anderen Aspekten der Flugzeugkonfiguration ableiten, was im Allgemeinen damit zu tun hat, dass sich hinter dem Schwerpunkt mehr Oberfläche befindet als vor davon. Beispielsweise erzeugt eine Pfeilflügelkonfiguration auch ohne eine vertikale Flosse ein gewisses Maß an "Wetterfahnenstabilität". Stellen Sie sich vor, ein Paar Pfeilflügel oder Deltaflügel wie eine Wetterfahne an einer Stange anzubringen. Können Sie sehen, wie die gesamte Anordnung dazu neigt, wie eine Wetterfahne in den Wind zu zeigen, solange der Drehpunkt weit genug vorne liegt? Deshalb brauchen Hängegleiter keine Seitenflossen.

Die Frage scheint ein Missverständnis über die Beziehung zwischen Gierstabilität und Rollstabilität zu enthalten. Tatsächlich führt eine zu große vertikale Flosse dazu, dass ein Flugzeug WENIGER rollstabil oder MEHR spiralförmig instabil wird, so dass es dazu neigt, von der Flügelhöhe weg in eine steilere und steilere Böschung zu rollen und sich zu drehen. Wenn ein Flugzeug beginnt, in eine Kurve zu rollen, neigen V-Form und Sweep (falls vorhanden) dazu, ein stabilisierendes Rolldrehmoment zu erzeugen, das dazu neigt, das Flugzeug zurück in Richtung Flügelhöhe zu rollen, aber nurwenn die sich entwickelnde Kurve einen gewissen Seitenschlupf beinhaltet. Mit anderen Worten, die rollstabilisierende Wirkung von Sweep oder Dieder ist nur vorhanden, wenn das Flugzeug zumindest in geringem Maße seitlich rutscht. Eine große vertikale Flosse neigt dazu, einen Seitenschlupf zu verhindern, und bewirkt daher, dass sich das Flugzeug so verhält, als hätte es weniger Dieder oder Sweep. Aus diesem Grund haben Flugzeuge, die viel Rollstabilität benötigen, wie "frei fliegende" Modellflugzeuge, die ohne jegliche Führung durch einen Piloten oder einen Computer fliegen müssen, selten große vertikale Seitenflossen. Auch wenn wir nicht wollen, dass das Flugzeug vollständig "Enden tauscht" und stürzt oder in einem wirklich extremen Seitenschlupfwinkel seitwärts durch die Luft gleitet, müssen wir in einer nicht befohlenen Querneigung ein gewisses Maß an Seitenschlupf haben und einlenken Damit Sweep oder Dieder das Flugzeug wieder auf Flügelhöhe bringen können. Wenn ein frei fliegendes Modellflugzeug auf eine absichtliche Kurve getrimmt wird und der Seitenschlupf irgendwie vollständig beseitigt würde, würden wir sehen, dass der Querneigungswinkel steiler und steiler wird. Würde ein Pilot das Flugzeug aktiv steuern, könnte er dem durch entsprechende Steuereingaben mit den Querrudern begegnen, aber diese Möglichkeit besteht beim Freiflugmodell nicht.

Abgesehen davon, dass ein heftiger Sturz verhindert wird, wenn das Flugzeug vollständig "endet", trägt eine vertikale Finne im Allgemeinen nicht wirklich zur Rollstabilität bei.

Eine gute Möglichkeit, es zu erklären, ist, überhaupt keine Flügel zu haben, sondern nur einen Pfeil zu verwenden. Der vertikale Stabilisator verhindert, dass die Nase hin und her giert, genauso wie der horizontale Stabilisator verhindert, dass die Nase nach oben und unten neigt, während der Pfeil fliegt. Dies hilft ihm, gerade und mit minimalem Luftwiderstand zu fliegen. Das Rollen ist belanglos, bis ... wir unserem Pfeil Flügel hinzufügen.

Jetzt erzeugt jedes Gieren (von einem Windstoß) ein rollendes "Paar", da ein Flügel schneller geht als der andere. Im Allgemeinen kein großes Problem mit geraden Flügeln. Einige Dieder kümmern sich darum.

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Dann kamen gepfeilte Flügel und viel schnellere und größere Flugzeuge daher. Gepfeilte Flügel erhöhen die Gier-Roll-Kopplung, indem sie dem Luftstrom zusätzlich zum Rolleffekt der Flügelgeschwindigkeitsasymmetrie einen asymmetrischen geraden Halbflügel und einen stärker gepfeilten Halbflügel präsentieren.

Die Designer konterten, indem sie sehr große vertikale Flossen entwickelten, wie sie auf der Mig-15 zu sehen waren. Diese stellten eine ganze Reihe neuer Probleme dar, da das Flugzeug nun stark asymmetrisch zu aerodynamischen Seitenkräften war . Flugzeuge dieses Designs neigten dazu, sehr leicht außer Kontrolle zu geraten.

Im Ansturm auf das Jet-Zeitalter geriet die vertikale Symmetrie des Doppeldeckers und seines Nachfolgers, des Hochdeckers , in Vergessenheit.

Aber lassen Sie die 5-Jährigen nicht nur erklären, sondern auch selbst bauen und fliegen. Sie werden sehen, wie viel Seitenleitwerk und V-Form sie für ihre Entwürfe benötigen.

UBz: Jennys neuer "Freund"

Der vertikale Stabilisator ist so ausgelegt, dass er ein bestimmtes Maß an passiver Wetterfahnentendenz bereitstellt. Nicht zu viel, nicht zu wenig. Die Oberfläche des vertikalen Stabs ist der Schlüssel zum Verhalten des Flugzeugs sowohl für die seitliche Stabilität als auch für spiralförmige Tendenzen und ist mit dem Dieder-Effekt des Flügels verbunden.

Sie möchten genügend Flossenfläche, damit das Flugzeug relativ schnell passiv auf Gierabweichungen reagiert, aber nicht zu viel. Zu wenig Flossenfläche und zu schwache Wetterfahnentendenz und die Flugzeugnase wandert in Turbulenzen von einer Seite zur anderen.

Wenn es zu viel Flossenfläche gibt, verwittert es zu schnell. Wenn das Flugzeug durch eine Unebenheit in eine Bank gebracht wird, muss ein kleiner Seitenschlupf zulässig sein, damit die Diederwirkung funktioniert, um die selbstaufrichtende Kraft zu erzeugen, die die Dieder erzeugen soll. Die Flossengröße soll also eine kleine Verzögerung zwischen dem Beginn des Seitenschlupfs und der Reaktion des wetterabhängigen Gierwinkels zulassen, damit der Dieder-Effekt zum Nivellieren der Flügel beitragen kann.

Wenn die Flosse zu groß ist, erfolgt die Reaktion der Wetterfahne nahezu augenblicklich, so dass sich nur sehr wenig Seitenschlupf entwickeln kann und der Dieder-Effekt weniger effektiv ist. Das Flugzeug wird also von einer Bodenwelle gestört und giert sofort in den niedrigen Flügel und will eine Sinkspirale starten.

Wenn Flugzeuge auf Schwimmer gesetzt werden, fügt der Schwimmeroberflächenbereich eine Flossenoberfläche nach vorne hinzu, was den Effekt hat, dass die vorhandene Flosse kleiner wird. Das Flugzeug ist seitlich ziemlich stabil, aber die Nase wandert in Unebenheiten und benötigt mehr Ruderarbeit, um gut koordinierte Kurven zu machen (ich bin eine Fleet 80 auf Schwimmern geflogen, und es hatte keinen zusätzlichen Flossenbereich, der zu der bereits kleinen vertikalen Flosse mit Schwimmern hinzugefügt wurde installiert, und wenn Sie nicht mit der Fußarbeit oben drauf wären, würde es durch den Himmel gleiten wie ein Segelflugzeug ohne Rudereingaben).

Um dies zu beheben, wird entweder ein zusätzlicher Flossenbereich am Heck hinzugefügt, wenn die Schwimmer installiert werden, oder ein Trick, den Cessna bei späteren 180er und 185er verwendet, kann angewendet werden, bei dem dem Ruder eine Bungee-Feder hinzugefügt wird, die dazu neigt, es festzuhalten Mitte und bringt das Ruder dazu, einen gewissen Betrag zur effektiven Flossenfläche beizutragen. Allerdings muss man mit höheren Ruderkräften leben.