Welches Phänomen verursacht aerodynamische Tail-Down-Kraft? Warum gibt es mehr Abtrieb am Heck, wenn ein Flugzeug Geschwindigkeit aufnimmt? Was passiert, wenn das Flugzeug zu langsam wird – bedeutet das weniger Abtrieb am Heck? Spielen Auftriebs- und Schwerpunkt eine Rolle bei der Bestimmung des Abtriebs am Heck?
Bei einer konventionellen Flügel- und Heckkonfiguration liegt der Auftriebsschwerpunkt normalerweise hinter dem Schwerpunkt. Dies verursacht eine Nickkraft, der der Abwärtshub des Stabilisators entgegenwirkt. Mit zunehmender Geschwindigkeit erzeugt der Flügel mehr Auftrieb, daher ist mehr Heckkraft erforderlich, um die Fluglage beizubehalten. Bei einer Heckflügelkonfiguration wird dasselbe mit einem Canard erreicht. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Canard für Auftrieb sorgt und somit zum Gesamtauftrieb beiträgt, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Heck, das nur den Luftwiderstand erhöht.
Das Phänomen wird Trimmen genannt.
Dies ist der Vorgang, bei dem der Pilot den Auftrieb an der Leitwerksfläche anpasst, um den Druckmittelpunkt direkt über oder unter den Schwerpunkt zu verschieben, und jede Haftkraft entfernt, damit das Flugzeug diese Fluglage ohne Hilfe beibehält.
Wenn der Schwerpunkt (CG) direkt über oder unter dem aerodynamischen Zentrum (AC) liegt, ist die statische Längsstabilität des Flugzeugs indifferent. Bewege es nach vorne und die Stabilität nimmt zu, bewege es weiter nach hinten und das Flugzeug wird instabil. Im aerodynamischen Zentrum wirken die anstellwinkelabhängigen Auftriebskräfte, und in einer indifferenten Konfiguration sind die Auftriebsbeiwerte an Flügel und Heck gleich. Die Erhöhung der Stabilität bedeutet somit, den Auftrieb an der hinteren Fläche zu verringern, und wenn viel Stabilität erwünscht ist, wird der Auftrieb an der hinteren Fläche negativ.
Wenn das Flugzeug von einer Böe getroffen wird (Änderung der vertikalen Windgeschwindigkeit), ändert sich der Anstellwinkel an Flügel und Heck um den gleichen Betrag. Nun ist es wichtig, wie viel Auftrieb sich relativ zum Auftrieb vor der Böe ändert. Wenn der Auftriebskoeffizient am Flügel größer ist als am Heck, führt die gleiche Änderung des Anstellwinkels zu einer relativ kleineren Auftriebsänderung am Flügel als am Heck, und das Druckzentrum bewegt sich so, dass a verursacht wird Tonmoment korrigieren.
Durch Auswahl des richtigen Schwerpunkts kann der Pilot das gewünschte Stabilitätsniveau einstellen. Um im Flug in der gewünschten Fluglage zu bleiben, muss er nun den Anstellwinkel des Leitwerks (bzw. den Höhenruderausschlag) so verschieben, dass jegliches Nickmoment verschwindet. Die Folge ist ein Abtrieb am Heck, wenn es das braucht, um das Flugzeug mit der gegebenen Schwerpunktlage zu trimmen.
Der Schwanz ist genau wie die Flügel eine Auftriebsfläche. Abtrieb ist nur das Phänomen des Auftriebs, der in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist. Sie können auch Beispiele für Abtrieb in Dingen wie den Spoilern an einem Formel-1-Auto sehen. Schnelleres Fahren erzeugt mehr Auftrieb und damit mehr Abtrieb.
Das Einzigartige am Leitwerk ist, dass es durch den Abwind der Flügel selbst beeinflusst werden kann, was bei Designentscheidungen wie einem T-Leitwerk ins Spiel kommt.
Wenn Sie weiter herauszoomen, ist der Grund, warum Sie Abtrieb wünschen, die Längsstabilität. Bei einigen Flugzeugen und in bestimmten Konfigurationen erzeugt das Heck einen positiven Auftrieb anstelle von Abtrieb, alles im Namen des Ausbalancierens des Flugzeugs, obwohl diese Designs tendenziell schwerer zu fliegen sind.
Sie werden vielleicht bemerken, dass der Schwanz normalerweise viel kleiner ist als die Flügel. Dies ermöglicht eine bessere Längsstabilität, da das Heck im Vergleich zu den Flügeln größere relative Änderungen des Auftriebs (Abtrieb) erfährt, was eine negative Rückkopplungsschleife bereitstellt, die das Flugzeug wieder ins Gleichgewicht bringt.
Die Lage des Schwerpunkts relativ zum Auftriebszentrum ist wichtig, da dadurch ein bestimmtes Nickmoment erzeugt wird, dem dann die vom Heck erzeugte Kraft entgegenwirken muss.
Casey
Min