Was ist ein Böenminderungssystem?

Ein Böenminderungssystem ist ein Steuersystem, das an einigen Fly-by-Wire-Flugzeugen (FBW) angebracht ist und die Auswirkungen von Böenbelastungen auf das Flugzeug verringert, indem Steuerflächen wie Querruder, Seitenruder und Höhenruder abgelenkt werden.

Das System misst die Aufwärtsbeschleunigung des Flugzeugs und vergleicht diese mit der vom (Auto-)Piloten befohlenen Beschleunigung. Eine Rückkopplungsschleife fügt den Steuersignalen für die Auslenkung der Ruder ein Korrektursignal hinzu, um den durch Windböen verursachten Beschleunigungen entgegenzuwirken.

In ihrer einfachsten Form werden die Beschleunigungen in der Nähe des Schwerpunkts des Flugzeugs gemessen. Fortgeschrittenere Implementierungen arbeiten mit mehreren Sensoren im Körper und in den Flügeln. Diese Böenminderungssysteme versuchen nicht nur, die Wirkung der Böen auf die normale (Aufwärts-)Beschleunigung des Flugzeugs aufzuheben, sie reduzieren auch die Flügelbiegemomente. Dies wiederum reduziert die Metallermüdung.

Beim A380 trägt das Entlastungssystem wegen der tanzenden Bewegungen des Querruders den Spitznamen „valse des aileron“ (Walzer der Querruder):

Böen verändern den dynamischen Druck der Luftströmung über dem Flügel. Vertikale Böen verändern sogar den Anstellwinkel. Beides verändert den Auftrieb, den der Flügel erzeugt, und insbesondere vertikale Böen belasten die Struktur und sorgen für Unbehagen für die Passagiere.

Durch Veränderung des Querruderausschlags kann auch der Auftrieb des Flügels manipuliert werden. Wenn der Querruderausschlag gerade ausreicht, um die zusätzliche aerodynamische Belastung durch eine Böe zu kompensieren, profitieren sowohl der Flügel als auch die Passagiere. Durch die Kopplung der Messwerte von Beschleunigungsmessern in der Nähe der Flügelspitze kann das FCS den Querruderausschlag anpassen und die Flügelbiegung idealerweise konstant halten.

Da sich die Querruder an den äußeren 30 % der Spannweite befinden, haben sie einen großen Einfluss auf das Wurzelbiegemoment, beeinflussen jedoch nur einen kleinen Teil des Auftriebs, den der Flügel erzeugen kann. Während das Biegemoment schön konstant gehalten werden kann, wird der Auftrieb daher immer noch variieren, aber weniger als ohne Böenminderung.

Der Teil, der sich in dem zitierten Patent auf den Steuerknüppel bezieht, bezieht sich auf ein mechanisches Steuersystem mit einem natürlich stabilen Flugzeug. Wenn ein Flugzeug mit einem solchen Steuersystem in eine vertikale Böe hineinfliegt, neigt es sich nach oben oder unten, was wiederum die Gleichgewichtssteuerknüppelposition verschiebt. Dies geschieht jedoch mit einiger Verzögerung (die Rumpfspitze wird die Böe zuerst „sehen“, und das Heck wird einige Zehntelsekunden später davon betroffen), sodass die Steuerknüppelbewegung eine schlechte Quelle für eine Rückkopplungsschleife ist. Ich frage mich, warum das Patent es erwähnt - vielleicht wollte der Patentinhaber alle Eingabequellen abdecken.