Wie funktioniert die Querruderumkehr?

So wie ich es verstehe, kann eine Querruderumkehr in zwei Flugzuständen auftreten, bei hoher Geschwindigkeit und bei nahem Stall.

In der Nähe des Strömungsabrisses befindet sich der Flügel sehr nahe an seinem kritischen Anstellwinkel. Wenn der Pilot beispielsweise eine Linkskurve eingibt, wird das rechte Querruder nach unten ausgelenkt. Diese Auslenkung nach unten erhöht die AOA des äußeren Teils des rechten Flügels, so dass der von diesem äußeren Teil erzeugte Auftrieb geringer ist (der Luftwiderstand auch höher) als der auf dem gegenüberliegenden Flügel erzeugte Auftrieb.

Sie können sich das irgendwie vorstellen, indem Sie an einen Flügel denken, der auf der Rückseite der Auftriebskurve arbeitet.

Eine Querruderumkehr bei hoher Geschwindigkeit (wiederum, wie ich es verstehe) kann auftreten, wenn der Flügel nicht steif genug ist, um ein Verdrehen um die Querachse des Flugzeugs zu verhindern, wenn eine Steuereingabe erfolgt. Einige alte Kampfflugzeuge hatten diese Eigenschaft bei hohen Geschwindigkeiten.

Beispielsweise macht der Pilot eine Steuereingabe nach links. Das rechte Querruder wird nach unten ausgelenkt, und anstatt den gesamten AOA des Flügels zu erhöhen, senkt es ihn, da das Querruder wie eine Trimmklappe wirkt und die Vorderkante des Flügels nach unten dreht.

Ihre Frage lautet: Wenn die Steuerumkehrgeschwindigkeit höher als die Divergenzgeschwindigkeit berechnet wird (wenn der Flügel auseinanderbricht), wie kann dann eine Steuerumkehr im Flug stattfinden?

Die Antwort wäre, wenn es in der Nähe eines Stalls auftritt.

Die Steuerumkehrgeschwindigkeit ist viel niedriger als die Divergenzgeschwindigkeit . Bei einigen Flugzeugen kann sie tatsächlich niedriger sein als die Betriebsgeschwindigkeit, weshalb sie Querruder / Flaperons an Bord haben und / oder Spoiler (die keiner Steuerumkehr unterliegen) zur Rollkontrolle bei hohen Geschwindigkeiten verwenden.

Eine Steuerumkehr (bei hoher Geschwindigkeit; es gibt auch eine Steuerumkehr beim Strömungsabriss, was anders ist) tritt auf, weil die von den Querrudern erzeugte Kraft den Flügel ausreichend verdreht, so dass das Querruder beginnt, eher wie eine Trimmklappe zu wirken. Dazu muss sich der Flügel beugen, aber er darf überhaupt nicht flattern.

Spoiler wirken näher am Mittelakkord des Flügels, so dass sie ihn nicht stark verdrehen und somit keine Umkehrung erleiden. Tatsächlich verdrehen sie den Flügel ein wenig, weil der Pre-Stall-Auftrieb mehr nach vorne wirkt als der Post-Stall-Auftrieb, aber dies verdreht den Flügel nach vorne und reduziert somit den Auftrieb weiter, also immer noch keine Steuerumkehr.

Bei hohen Geschwindigkeiten kann ein großer Querruderausschlag nach unten dazu führen, dass sich die laminare Strömung von der Oberseite des Flügels löst und turbulent wird. An diesem Punkt hört der Flügel im Wesentlichen auf, Auftrieb zu erzeugen, während der andere Flügel einen nach oben gerichteten Querruderausschlag hat und weiterhin Auftrieb erzeugt. Dadurch rollt das Flugzeug in die entgegengesetzte Richtung als beabsichtigt. Ich habe dies in einem C152-Akrobat erlebt, als ich mich von einem steilen Sturzflug erholte, es gibt ein gewisses Flattern und ein langsames Rollen gegenüber dem Steuereingang.

Ich habe auch gehört, dass Steuereingaben bei Überschallgeschwindigkeit Stoßwellen auf Teile der Flugzeugzelle auslösen können, die eine Steuerumkehr ohne laminare Strömungstrennung verursachen können. Aber das habe ich bei einem C152 (noch) nicht erlebt.

Es gibt einen weiteren Effekt, der dazu geführt hätte, dass das Heck des Space Shuttles oberhalb von etwa Mach 1,5 einen umgekehrten Effekt hatte, wo die Vorderseite des Hecks stumpf ist, um heiße Luft beim Wiedereintritt abzulenken. Siehe Zeichnung.