Wie würden Sie ein Flugzeug konstruieren, um den Linksdrehtendenzen eines einzelnen Triebwerks entgegenzuwirken?

Schauen Sie sich die Entwürfe für buchstäblich Hunderte von angetriebenen Freiflugmodellflugzeugen an. Jeder ist so konstruiert, dass er in einer stabilen Kurve fliegt, während er sowohl unter Motor steigt als auch gleitet, nachdem der Motorlauf aufhört. Und das alles mit sehr subtil wirkenden Trimmanpassungen in Roll-, Gier- und Schublinie. Sehr üblich ist es, das Gleiten durch Verziehen oder Hinzufügen kleiner Laschen zu den Flugflächen einzustellen (was normalerweise einen großen kreisförmigen Gleitpfad ergibt), dann den Motorflug durch Hinzufügen von Abwärts- und Rechtsschub anzupassen (um den Linksdreh- und Steigtendenzen des Drehmoments entgegenzuwirken, P -Faktor und erhöhte Fluggeschwindigkeit).

Bei einem leichten Flugzeug ist wahrscheinlich sowieso nur sehr wenig Anpassung erforderlich - Piloten trimmen gewöhnlich Querruder, Seitenruder und Höhenruder für "hands-off"-Stabilität, mit dem Ergebnis, dass es eine große Anzahl von Unfällen gibt, die sich in einem laufenden Flugzeug ereignet haben (weil der Motor aufgewärmt oder von einem einzelnen Piloten von Hand gestartet wurde) hat sich gelöst und ist von selbst abgehoben, manchmal flog er ohne Besatzung eine halbe Stunde oder länger (ich glaube, der Rekord war einer in Australien, der vier Stunden lang in der Nähe des Flughafens kreiste , bis der Kraftstoff ausgeht). Die größte Überlegung ist, dass es notwendig sein kann, bei Teillast zu starten, oder das Flugzeug dazu neigt, bis zur Dienstgipfelhöhe zu steigen.

Dies kann leicht erreicht werden, indem der Motor in einem sehr leichten Gierwinkel zum Rumpf in der Größenordnung von ~ 1 oder 2 Grad in der Richtung entgegengesetzt zur Kurve montiert wird. Dies kippt die Schublinie aus der Achse und hilft, der Drehtendenz entgegenzuwirken.

Einmotorige Doppelpropeller oder gegenläufige Propeller .

Es ist nicht der Motor, der die Drehung verursacht, sondern der Propeller. Im Twin-Prop-Fall würde ich die beiden Requisiten speziell dazu bringen, sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen.

Natürlich hat ein solches Design andere große Nachteile, aber es würde Ihr gewünschtes Ziel erreichen.

Nun, wenn ein Ruderausschlag erforderlich ist, um dem Gieren bei voller Leistung entgegenzuwirken, liegt es nahe, dass Sie das Seitenleitwerk einfach um einen entsprechenden Betrag anwinkeln.

Die logische Folgefrage wäre dann jedoch: "Wie würden Sie ein Flugzeug konstruieren, um den Rechtsdrehungstendenzen dieses neuen Flugzeugs bei weniger als voller Leistung entgegenzuwirken?"

Bei allen Designs müssen Kompromisse gemacht werden, und eine bewegliche Steuerfläche ist einfach die einfachste und beste Lösung für dieses momentane "Problem". (Lassen Sie Piloten Piloten sein!)

Haftungsausschluss: Diese Antwort lehnt sich großzügig an diese an , aber da sie nicht gefunden werden konnte, als die Frage gestellt wurde, füge ich hier Teile davon hinzu.

Die Drehrichtung des Propellers führt zu einer Asymmetrie, die Designer versuchen, durch Hinzufügen weiterer Asymmetrien abzumildern. Insbesondere ein rechtsdrehender Traktorpropeller (aus Sicht des Piloten im Uhrzeigersinn) wirbelt den Propellernachlauf in die gleiche Richtung, was einen negativen Seitenschlupfwinkel am vertikalen Heck hinzufügt (der nur in die obere Hälfte des Nachlaufs hineinragt). Indem die Rotationsachse des Propellers leicht nach rechts gerichtet wird (rechter Seitenschub), kann dieser Schwimmwinkel verringert werden.

Als MBB versuchte, eine alte Me-109 nachzubauen, ersetzten sie zunächst die fehlende Vertikale durch eine symmetrische, einschließlich eines symmetrischen Flügels. Jahre später tauchten Originalzeichnungen auf (in Spanien, IIRC), die zeigten, dass die ursprüngliche Vertikale einen Sturz hatte. Als die neue Vertikale durch das ursprüngliche Design ersetzt wurde, verbesserten sich die Flugeigenschaften deutlich.

Die Propellerachse kann auch leicht nach unten zeigen, um die Schublinie näher an den Schwerpunkt zu verschieben, schubbedingte Trimmänderungen zu reduzieren und den P-Faktor-Effekt ( seitliche Verschiebung des Schubvektors ) bei hohem Anstellwinkel zu reduzieren . Dies wird als Abwärtsschub bezeichnet. Ein Beispiel wäre die Version der Supermarine Spitfire mit RR Griffon -Motor : Als der neue Motor installiert wurde, erforderte seine untere Schublinie 2° mehr Abwärtsschub.

Dies ist eines der wenigen Themen, bei denen die englische Version von Wikipedia schtum bleibt; nur die deutsche Version hat einen Artikel dazu ( Motorzug und Motorsturz ).

Wie würden Sie ein Flugzeug konstruieren, um den Linksdrehtendenzen eines einzelnen Triebwerks entgegenzuwirken, die durch Drehmoment, P-Faktor, spiralförmigen Windschatten und Kreiselpräzession ohne Piloteneingabe oder Verwendung des Seitenruders verursacht werden?

Machen Sie das Flugzeug asymmetrisch. Ich würde einen Flügel länger als den anderen machen, einen Flügel stärker neigen, das Ruder aus der Mitte bringen, einen mehr nach hinten als den anderen streichen oder alles oben Genannte und möglicherweise mehr. Wir erwarten, dass Flugzeuge symmetrisch sind, aber sie müssen es nicht sein, und es gibt historische Beispiele für asymmetrische Flugzeuge. https://en.wikipedia.org/wiki/Asymmetric_aircraft

Warum Flugzeuge symmetrisch machen? Weil es einfacher ist, es so zu gestalten, denke ich. Ein weiterer Grund ist, dass ein symmetrisches Segelflugzeug bei einem Verlust der Motorleistung leichter zu kontrollieren wäre als ein asymmetrisches.

Ich vermute, dass an all den Gründen, aus denen ich mir überlegt habe, das Flugzeug symmetrisch zu halten, etwas Wahres dran ist. Ein wichtiger Grund, das Flugzeug zumindest nach meiner Einschätzung symmetrisch zu halten, ist, dass der außermittige Schub eines einzelnen Propellers in den meisten Fällen so gering sein wird, dass er kein wirkliches Problem darstellt. Wenn ein Flugzeug asymmetrisch gebaut ist, dann ist die Drehrichtung am Propeller festgelegt, der Einbau eines anderen Motors wirft das Design ab. Wie viel Drehmoment in die Asymmetrie eingebaut werden muss, kann beim Entwerfen des Flugzeugs schwer zu wissen sein. Wenn Sie es dann rückwärts bekommen (weil sich der Motor in die entgegengesetzte Richtung dreht als erwartet), wird es für jemanden große Probleme geben .

Die gebräuchlichste Methode, um dem Drehmoment eines einzelnen Motors entgegenzuwirken, ist die Verwendung von gegenläufigen Propellern. Dies kann mit koaxialen Propellern auf der Mittellinie oder symmetrischen Paaren außermittig sein. Ein einzelner Motor bedeutet nicht, dass er einen einzelnen Propeller haben muss. Die Gebrüder Wright verwendeten einen einzigen Motor, um zwei Propeller durch Riemen anzutreiben, ein Riemen hatte eine Drehung im Weg zum Propeller, um die Rotation umzukehren. Diese Lösung ist so alt wie das Flugzeug.

Ich werde sagen, dass die von @Zeus angebotene Antwort, eine Art Autopilot zur Verwaltung des Drehmoments des Propellers, vielleicht besser ist als die beiden, die ich oben angeboten habe. Es wird schwierig sein, Asymmetrie in das Flugzeug zu bringen. Gegenläufige Propeller sind kompliziert. Ein Autopilot wird ebenfalls kompliziert sein, aber vielleicht weit weniger kompliziert als jede andere Option.

Sie stellen eine unmögliche Aufgabe. Wenn beispielsweise ein Flugzeug zu beschleunigen beginnt und sich dann zum Abheben dreht, spielen verschiedene Faktoren zu unterschiedlichen Zeiten in unterschiedlichem Umfang eine Rolle, wenn sich der "Anstellwinkel" des Rumpfes (relativ zum Luftstrom) ändert und der Änderungen der Motordrehzahl usw.

In mindestens einem Fall wurde motorbedingten Wendetendenzen entgegengewirkt, indem ein Flügel (oder ein Satz Flügel, wenn es sich um einen Doppeldecker handelte) länger als der andere gemacht wurde.

Von allen Tricks wurde dieser noch nicht erwähnt (und wird durch die Frage nicht ausgeschlossen):

Autopilot

Oder genauer gesagt, jede Art von künstlichem Kontroll-/Stabilitätsverbesserungssystem.

In vielen Flugzeugen gibt es einen speziellen Teil davon speziell für das genannte Problem. Üblicherweise wird er Gierdämpfer genannt , obwohl dieser Begriff etwas irreführend ist: Dämpfer sollen lediglich Gierschwingungen dämpfen. In der Praxis bietet dasselbe Subsystem (mit demselben Schalter) jedoch häufig auch die Autoruder- Funktionalität, wodurch ein Seitenschlupf verhindert wird.

Natürlich ist es nicht nur für einmotorige Flugzeuge nützlich: Es funktioniert für jede Asymmetrie, einschließlich einer Kurve.