Warum landen Flugzeuge immer auf den Hinterrädern statt auf den Bugrädern?

Flugzeuge landen auf den Haupträdern . Bei Flugzeugen mit Bugrad sind es die hinteren, bei Flugzeugen mit Spornrad (auch „Tail-Dragger“ genannt) die vorderen. In beiden Fällen liegen die Haupträder sehr nahe am Schwerpunkt und tragen den größten Teil des Flugzeuggewichts, das Bug- oder Spornrad trägt nur einen kleinen Teil davon.

Das Flugzeug muss auf Rädern landen, die sich in der Nähe des Schwerpunkts (in Längsrichtung) befinden. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde die Kraft auf die Räder einen Moment erzeugen, der das Flugzeug heftig kippen würde. Tatsächlich neigen Heckschlepper dazu, bei der Landung etwas zu federn, weil noch etwas Zeit übrig ist, und im Falle von Heckschleppern neigt es das Flugzeug nach oben.

Frühe Flugzeuge waren fast alle Heckschlepper, weil dieses Layout robuster ist, unbefestigte Landebahnen besser handhabt und weniger Luftwiderstand hat, wenn das Fahrwerk fixiert ist. Es bietet jedoch eine schlechte Richtungskontrolle, insbesondere wenn das Heck während des Rollens beim Abheben vom Boden abhebt. Später begannen die meisten Konstruktionen mit der Verwendung des Bugrads, da es eine bessere Richtungskontrolle bietet, richtungsstabil ist, den Boden eben macht, wenn das Flugzeug steht, sodass das Beladen einfacher ist und die Sicht während des Rollens viel besser ist, und mit der Erfindung des einziehbaren Fahrwerks der Luftwiderstand spielte keine Rolle mehr.

Jan Hudec hat bereits hervorragend beschrieben , warum die Getriebekonfigurationen so ausgelegt sind, wie sie sind. Ein weiterer wichtiger Punkt ist jedoch, dass, da Flugzeuge für die Landung auf ihrem Hauptfahrwerk ausgelegt sind, das andere Fahrwerk (Bugfahrwerk bei Dreiradkonfigurationen oder Spornrad bei Heckschleppern) nicht dafür ausgelegt ist, die Kraft einer Landung aufzunehmen . Die Landung auf dem Bugfahrwerk in einem Verkehrsflugzeug wird höchstwahrscheinlich dazu führen, dass das Bugfahrwerk zusammenbricht, was Sie in eine Situation wie Southwest Flight 345 bringt :

Bildquelle: New York Daily News

Einer der Passagiere dieses Fluges zeichnete die Landung auf und veröffentlichte sie auf YouTube . Während es nur wenige kleinere Verletzungen gab (hauptsächlich durch die Verwendung der Rutsche in einem so hohen Winkel, wenn ich mich recht erinnere), wurde das Flugzeug so erheblich beschädigt, dass es abgeschrieben wurde. Offensichtlich ist das kein wünschenswertes Ergebnis, daher ziehen es Fluggesellschaften normalerweise vor, dass ihre Piloten stattdessen auf dem Hauptfahrwerk landen.

Übrigens, wenn wir von einem Heckschlepper sprechen, sprechen wir von Flugzeugen mit einer Fahrwerkskonfiguration wie dieser:

Douglas DC-3. Bildquelle: Wikipedia

Während sich das Dreiradfahrwerk auf die Konfiguration bezieht, an die Sie wahrscheinlich gewöhnt sind, sieht sie so aus:

Boeing 737. Bildquelle: Wikipedia

Ein kurzer Kommentar zur vorherigen Diskussion über Spornradflugzeuge. Taildragger haben eigentlich zwei Landetechniken zur Verfügung.

Diejenige, die sich die meisten Menschen vorstellen, bei der das Flugzeug auf dem Netz aufsetzt, bevor es das Heck sanft absetzt, wird als Radlandung bezeichnet .

Es gibt jedoch auch die Dreipunktlandung , bei der das Ziel darin besteht, mit allen drei Rädern gleichzeitig aufzusetzen, und die normalerweise die erste Landetechnik ist, die gelehrt wird, insbesondere für Piloten, die von Dreiradflugzeugen umsteigen.

Die bei jeder Landung verwendete Technik wird auf der Grundlage einer Reihe von Faktoren ausgewählt, darunter:

• Landetyp (z. B. Kurzfeld vs. Seitenwind)
• Flugzeugtyp (einige Flugzeuge sind einfach schwieriger zu landen oder für die eine Technik völlig ungeeignet im Vergleich zur anderen)
• Pilotenwährung (mit Ausnahme von starkem Wind finde ich Dreipunkte leichter zu "schmieren", wenn man nicht in der Praxis ist)
• Landebahnbedingungen (Belag verzeiht viel weniger Fehler als Gras mit schlampiger Rudersteuerung; aus dem gleichen Grund können Dreipunkte eine bessere Schmutzentfernung für den Propeller auf unebenen Feldern bieten)

Wenn Sie mehr über Flugzeuge und Fliegen erfahren möchten, empfehle ich Ihnen, die FAA-Ressourcen (insbesondere das FAA Airplane Flying Handbook) sowie die Fülle von Informationen auf der AOPA-Website nachzuschlagen.

Bei einem Anflug sinkt ein Flugzeug im Allgemeinen zwischen 500 und 1000 Fuß pro Minute, das sind mindestens 8 Fuß pro Sekunde. Das hört sich vielleicht nicht nach viel an, aber das Aufschlagen auf dem Boden mit dieser Sinkgeschwindigkeit würde zu einem großen Aufprall führen und möglicherweise das Flugzeug beschädigen. Für die Passagiere wäre es sicher unangenehm.

Damit ein Flugzeug sanft landet, muss es seine Sinkgeschwindigkeit verringern, dazu wird die Nase in einem Manöver namens Flare angehoben . Eine Fluglage mit der Nase nach oben bringt in einem Dreirad-konfigurierten Flugzeug die Haupt-(Hinter-)Räder zuerst in Kontakt mit dem Boden.

Nicht alle, Taildragger landen auf den beiden Vorderrädern.

Denn dann schiebt das Flugzeug nicht von der Piste. Haben Sie schon einmal versucht, mit einer Schubkarre zu laufen? Die kleinste Abweichung von vorne wird erklärt und bevor Sie es wissen, ist das Ding zur Seite weg.

Wenn Sie auf den Hinterrädern landen, wird der Schwerpunkt vor die Widerstandsquelle gelegt, sodass sich Abweichungen nach links und rechts selbst korrigieren. Dieses Plus an Differentialbremsung ermöglicht eine bessere Kontrolle über das Flugzeug.

Nur der Vollständigkeit halber gibt es auch die B-52, die ein "Fahrrad"-Fahrwerk hat (sowohl das vordere als auch das hintere Fahrwerk werden als "Haupt"-Fahrwerk betrachtet). Ich glaube, das Ideal bei der Landung ist, dass das vordere und hintere Fahrwerk gleichzeitig aufsetzen ¹ .

Für alle, die sich dafür interessieren, hier ist ein Video einer B-52-Landung , das das fast gleichzeitige Aufsetzen des vorderen und hinteren Fahrwerks zeigt. Nebenbei ist interessant, dass sowohl das vordere als auch das hintere Hauptfahrwerk der B-52 lenkbar sind, um krumme Seitenwindlandungen zu unterstützen , sodass sie mit bis zu 15 Grad gedrehter Nase landen (oder abheben, rollen usw.) kann aus der Bewegungsrichtung. Hier ist ein weiteres (von vorne), das eine Krabbenlandung zeigt .

^{1. Ich habe das ursprünglich als "all the gear" geschrieben, aber das wäre falsch. Es hat auch eine Spitzenschutzausrüstung, die normalerweise etwas später aufsetzt. Seine Flügel sind ziemlich flexibel, sodass die Spitzenschutzausrüstung normalerweise nicht aufsetzt, bis sie so langsam wird, dass die Flügel wesentlich weniger Auftrieb erzeugen. Wenn es eine leichte Kraftstoffladung trägt, berühren sie sich möglicherweise nicht einmal dann.}

^{Nur wenn sie still auf dem Boden saßen, konnten / taten sich die Flügel der B-52 je nach Treibstoffladung an der Spitze um etwa 10 Fuß biegen. Im Flug könnten sie sich noch mehr nach oben biegen, für eine Gesamtbiegung von etwa 17 Fuß (über eine Flügelspannweite von etwa 165 Fuß).}

Ich werde dies anders beantworten.
Im Allgemeinen ist dies beabsichtigt. Die Räder sind nicht das eigentliche Problem, der Anstellwinkel ist es. Wenn die meisten Flugzeuge landen, "fackeln" sie oder richten die Vorderkante der Flügel so hoch wie möglich aus, ohne in das Stallgebiet zu gelangen. Dies gilt insbesondere für Hängegleiter und Fallschirmkappen, obwohl beide keine Räder haben. Es wird Abfackeln genannt, da es so heißt, wenn Vögel landen. (Enten, Pelikane usw.) In diesem Aspekt wird ein Bugrad höher sein und daher zuletzt aufsetzen. Selbst ein Heckschlepper schaut sich das bis zum letzten Moment an. Es ist wirklich ein angetriebenes Gleiten. Ein Pilot vermeidet einen Strömungsabriss, sucht nach "Bodeneffekten" und achtet auf Wiederherstellungsoptionen. Das Design des Fahrwerks spiegelt diese Strategie wider, Wenn ein kommerzielles Ariliner zuerst die Nase der Stadt berührt (ebenerdig), würde es schneller reisen und einen stärkeren Schock erfahren, die Ausrüstung müsste viel schwerer sein. Diese Art der Pfannkuchenlandung endet normalerweise nicht gut.

Ihre Beobachtung "Hinterräder zuerst" bezieht sich auf Flugzeuge mit "Dreirad" -Fahrwerk. Aus verschiedenen Gründen ist das Fahrwerk solcher Flugzeuge so konfiguriert, dass sie (beim Parken oder Rollen) mehr oder weniger eben auf dem Boden aufliegen. Ein solches Flugzeug kann normalerweise nicht in einer solchen waagerechten Lage starten oder landen. Dies liegt daran, dass die Flügel nicht genug Auftrieb erzeugen, wenn sich das Flugzeug nicht auf oder nahe der Reisefluggeschwindigkeit befindet. Um Verschleiß, Gefahren und Landebahnlänge zu minimieren, werden Start und Landung mit der geringstmöglichen Geschwindigkeit durchgeführt, was einen sicheren Spielraum über dem Stall ermöglicht. Um mit solchen Geschwindigkeiten zu fliegen, benötigt der Flügel einen großen Anstellwinkel, was bedeutet, dass das Flugzeug in eine nasenhohe Fluglage gebracht werden muss. Um die Landung zu einem positiven Übergang zu machen, "fackeln" Flugzeuge; Im Wesentlichen höher und höher aufstellen und immer mehr verlangsamen, während Sie sich knapp über der Landebahn befinden, bis der Flügel im Wesentlichen "abwürgt" - an Auftrieb verliert. An diesem Punkt setzt sich das Flugzeug mit der geringstmöglichen Geschwindigkeit auf der Landebahn ab und sollte in Kontakt mit der Landebahn bleiben (nicht "abprallen" oder "aufsteigen". All dies läuft darauf hinaus, zuerst auf dem Hauptfahrwerk aufzusetzen.

Es ist durchaus möglich, zuerst auf dem Bugrad aufzusetzen - ein Begriff, der als "Schubkarren" bezeichnet wird. Das ist sehr gefährlich. Erstens konnte es nur passieren, wenn der Anflug zu schnell geflogen wurde – mehr Geschwindigkeit bedeutet mehr Kräfte und es geht schneller schief. Zweitens setzt das Flugzeug auf einem Punkt vor dem Schwerpunkt auf. Die kleinste Seitwärtsbewegung erzeugt ein seitliches Moment, das das Flugzeug zu einem Absturz drehen könnte (und wahrscheinlich würde).

Dreirad gegen Taildragger

Ist es erforderlich, dass alle Flugzeuge (unabhängig von Größe und Typ) nur auf den Hinterrädern landen?

Alle Flugzeuge berühren die Landebahn mit ihrem Hauptfahrwerk, und das Hauptfahrwerk befindet sich auf Flügelhöhe. Das Hinzufügen eines Rads hinter oder vor dem Hauptfahrwerk führt zu zwei Konfigurationen mit einem merklichen Unterschied: Der Winkel zwischen dem Flügel und der horizontalen Ebene, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet.

• Diejenigen mit einem Bugrad und einem niedrigen Winkel, die überwiegende Mehrheit der heutigen Flugzeuge und alle Verkehrsflugzeuge. Diese Getriebekonfiguration wird Dreirad genannt .

• Solche mit Spornrad und hohem Winkel, eine Kategorie, die zu Beginn der Luftfahrt verwendet wurde. Diese Getriebekonfiguration wird Taildragger genannt .

^Quelle

Der Vorteil des Dreirads ist die Stabilität auf dem Boden, da der Motor zwischen den Rädern angeordnet ist. Der Nachteil ist, dass beim Start das Gewicht des Triebwerks nicht genutzt werden kann, um das Drehen des Flugzeugs zu unterstützen. Aufzüge sind gefragter. Wenn die Rotation nicht korrekt ausgeführt wird, kann es zu einem Tailstrike kommen.

Landung von Dreiradflugzeugen

Hat es einen Vorteil oder ist es eine Regel?

Es ist eine technische Voraussetzung. Bei der Landung muss das Flugzeug die Landebahn mit einer sehr geringen vertikalen Geschwindigkeit berühren, der Gleitpfad muss leicht abfallen. Das Flugzeuggewicht zieht es beschleunigt nach unten (freier Fall), das Flugzeug muss dieser Beschleunigung entgegenwirken, indem es Auftrieb erzeugt.

Der Auftrieb ist proportional zur Fluggeschwindigkeit und zum Winkel zwischen der Richtung des Flugzeugs und der Richtung des Flügels (der Mittellinie des Flügels, die als Sehnenlinie bezeichnet wird ). Dieser Winkel wird Anstellwinkel genannt . Der Anstellwinkel hängt offensichtlich von der Flugzeuglage (Nickwinkel) ab.

Bei der Landung eines Dreiradflugzeugs muss der Nickwinkel relativ hoch sein, damit das Bugfahrwerk die Landebahn nicht vor dem Hauptfahrwerk berührt. Gleichzeitig wird durch den entsprechend relativ hohen Anstellwinkel ordentlich Auftrieb erzeugt, wie auf der linken Seite dieses Bildes dargestellt:

Umgekehrt, wenn wir mit dem Bugfahrwerk berühren wollten, müssten wir den Nickwinkel stark verringern. Eine solche Einstellung verringert automatisch den Anstellwinkel und den damit verbundenen Auftrieb (rechte Seite oben), der aufgrund der für die Landung erforderlichen geringen Geschwindigkeit bereits gering ist.

Wenn der Auftrieb nicht ausreicht, um der Schwerkraftbeschleunigung entgegenzuwirken, sinkt das Flugzeug zu schnell ab, und die vertikale Geschwindigkeit beim Aufsetzen erzeugt eine Kraft auf das Fahrwerk, die seine mechanische Festigkeit übersteigt. Schäden entstehen.

Dies ist der Grund, warum Verkehrsflugzeuge, die Dreiradflugzeuge sind, nicht auf dem Bugrad landen. Dies führt jedoch zu einer anderen Frage: Warum verwenden wir Dreiräder anstelle von Taildraggern? Wenn wir uns das erste Bild ansehen, sehen wir, dass das Ein- und Aussteigen aufgrund der Bodenneigung schwierig wäre, aber es gibt noch mehr zu wissen, vielleicht eine weitere gute Frage.

Dies wird Flare genannt, es ist ein Zug von 5-10 Grad, um das Flugzeug zu verlangsamen und die Hinterräder auf den Boden zu bringen.

Das hintere Fahrwerk wird zuerst abgelegt, weil es dort im Schwerpunkt (CoM) auch glatter und sicherer ist. Es ist sicherer, da das vordere Fahrwerk nicht dafür ausgelegt ist, die gesamte Wartezeit des Flugzeugs zu halten. (ZB der Airbus A380 hat viele Heckfahrwerke, aber nur 1 Frontfahrwerk ( http://avimotive.com/wp-content/uploads/2016/01/a.jpg ))

Es ist glatter, weil es die Sinkrate verlangsamt.

Obwohl in den obigen Antworten sicherlich viel Wahrheit steckt, behandeln sie die Frage alle ähnlich wie: "Warum gefriert Wasser oben und arbeitet nach unten? Weil sonst Fische gefrieren würden." Während es eine Reihe von Gründen gibt, warum das Landen auf den Hinterrädern besser funktioniert, ist der wichtigste, dass bei der Landung die Nase des Flugzeugs höher ist als das Heck, sodass die Hinterräder näher am Boden sind. Der Grund dafür liegt darin, dass Flugzeuge, die langsamer werden, weniger Auftrieb erzeugen. Sie müssen etwas tun, damit ihre Flügel trotz der Verringerung der Fluggeschwindigkeit genügend Auftrieb erzeugen, um weiter fliegen zu können, sonst kommt es zu suboptimalen Bedingungen mit verbogenem Metall und möglicherweise zu Feuerbällen. Sie tun dies, indem sie die Nase nach oben richten, was die Flügel erhöht. Anstellwinkel und durch Ändern der Flügelform (Klappen und Vorflügel), damit die Flügel einen größeren Auftrieb erzeugen, auf Kosten eines höheren Luftwiderstands. Bis sie sich dem Boden nähern, haben sie so viel verlangsamt, wie sie es wagen, was bedeutet, dass die Geschwindigkeitsalternativen so weit wie möglich genutzt werden. Das bedeutet, dass sich das Flugzeug so weit wie möglich nach hinten lehnt und die Klappen vollständig ausgefahren sind. Genau an dem Punkt, an dem eine sichere Landung gewährleistet ist, verlagert sich die größere Gefahr für die Sicherheit des Flugzeugs vom Sturz aus dem Himmel zum Aufprall auf den Boden mit zu hoher Geschwindigkeit, sodass der Pilot Dinge tut, um die Geschwindigkeit zu verringern. Das bedeutet, das Flugzeug gerade genug nach hinten zu lehnen, um den Luftwiderstand zu erhöhen, aber nicht genug, um es in die Luft zu treiben. Ein guter Pilot tut dies nur wenige Meter über dem Boden und passt die Dinge so an, dass sich das Flugzeug für ein paar kurze Sekunden einpendelt, wenn die Geschwindigkeit abnimmt. Ein nicht so guter Pilot gewinnt kurz an Höhe und dann stürzt das Flugzeug aus 10 oder 20 Fuß Höhe aus der Luft und die Passagiere erleben drei oder vier sehr kurze Flüge, bevor das Flugzeug schließlich auf dem Boden zur Ruhe kommt. All dies bringt ihre Hinterräder näher an den Boden, was bedeutet, dass dort der Gummi auf die Straße trifft.