Die meisten Lehrbücher verwenden den statischen Rand (der Abstand zwischen dem Massenmittelpunkt des Flugzeugs und seinem aerodynamischen Zentrum), um die statische Längsstabilität zu bewerten.
Anstatt einen absoluten Wert für den zulässigen Bereich des statischen Spielraums zu verwenden, wird er als Prozentsatz der mittleren aerodynamischen Sehne (MAC) ausgedrückt – beispielsweise zwischen 5 und 30 %. Warum ist das so?
Je höher für ein gegebenes Flugzeug sein Seitenverhältnis für eine gegebene Flügelfläche ist, desto kürzer wird die Sehne. Daher wird auch der MAC kleiner. Dies wird wiederum den absoluten Wert des zulässigen Bereichs für den statischen Spielraum verringern.
Ist dies nur eine Konvention oder gibt es einen aerodynamischen oder flugmechanischen Grund, warum der zulässige Bereich für den Massenschwerpunkt bei kleineren MACs oder kürzeren Flügelsehnen kleiner ist?
Der statische Abstand ist der Abstand zwischen dem Schwerpunkt und dem neutralen Punkt. An sich ist dies ein Dimensionswert. Dies erschwert den Vergleich zwischen Flugzeugen, daher ist es sinnvoll, sie durch eine andere Länge zu teilen. Dass die mittlere aerodynamische Sehne gewählt wurde, hat mehrere Gründe:
Üblicherweise wird auch der Heckhebelarm als Vielfaches von MAC gewählt. Eine höhere Flügelsehne bedeutet, dass mehr Heckkraft benötigt wird, um den richtigen Anstellwinkel einzustellen. Wenn Sie verschiedene Flugzeuge vergleichen, werden Sie feststellen, dass die relative Größe des horizontalen Leitwerks mit einer höheren Flügelstreckung abnimmt. Während GA-Flugzeuge horizontale Leitwerke haben, die zwischen 20 % und 25 % ihrer Flügelfläche betragen, haben Segelflugzeuge horizontale Leitwerke von etwa 10 % bis 15 %. Es muss jedoch gesagt werden, dass Segelflugzeuge weniger Flexibilität in ihrer Schwerpunktlage benötigen, was ein weiterer Grund für die Verringerung der horizontalen Leitwerksgröße ist.
Wenn alle Längenmaße auf MAC und alle Flächen auf die Flügelfläche bezogen werden, werden Berechnungen einfacher und Ähnlichkeiten zwischen verschiedenen Flugzeugen werden offensichtlich.
Für seitliche Bewegungsparameter ist die übliche Referenzlänge die Halbspannweite oder die Spannweite des Flügels.
Ich möchte eine andere Sichtweise anbieten. Die Nickdämpfung des Flügels trägt wenig zur Nickdämpfung des Flugzeugs bei, so dass dies kein Grund ist, den statischen Spielraum auf MAC zu stützen. Ob Sie es glauben oder nicht, die Heckgröße basiert fast ausschließlich auf den Trimmanforderungen, nicht auf der Stabilität. Daher ist es für die Stabilität nicht wichtig, die Heckgröße auf der Flügelfläche oder dem MAC zu basieren. Zwei Flugzeuge können sehr unterschiedliche MACs haben, haben aber die gleiche tatsächliche Stabilität, sodass Vergleiche zwischen Flugzeugen, die MAC verwenden, weder wirklich nützlich noch genau sind. Der EINZIGE Grund, warum auf MAC für den statischen Spielraum verwiesen wird, ist der Einfachheit halber für nur eine bestimmte Ebene. Wenn Sie sich verschiedene Flugzeuge (Militär, Zivil, Privat) ansehen, finden Sie statische Margen, die von 35 % (buchstäblich vor der Vorderkante - einige Lear-Jets) bis nahe 0 % reichen, für im Wesentlichen die gleichen Flugqualitäten. Meiner (und anderen) Meinung nach gibt es keine wirkliche Beziehung zwischen MAC und Stabilität, aber ich werde bald eine neue Theorie zur Stabilität veröffentlichen, die größtenteils das Problem "wie viel Stabilität wird benötigt und wie misst man sie" löst. Es ist interessant, dass alle Artikel/Papiere, die ich je gesehen habe (viele davon), ausführliche Stabilitätsberechnungen zeigen, die zu nichts anderem kommen, als dass der Schwerpunkt vor dem neutralen Punkt liegen sollte – ohne Angaben darüber, wie weit vorne (außer dem traditionellen 5 -15 % MAC).
Ich hoffe, das weckt Ihre Neugier.
ROIMaison