Ruderumkehr bei hohen Geschwindigkeiten

Dennis Schulte Renger

Vereinsmitglied
HI Leute!!

Ich hab nun schon häufiger von "Ruderumkehr bei hohen Geschwindigkeiten" gelesen.

Also dass bei hohen Geschwindigkeiten zb das Höhenruder plötzlich als Tiefenruder wirkt.

Ist an der Sache was dran, und wenn ja wie kann man das erklären??

Das Phänomen bezieht sich natürlich auf die Großen ;)
 
Hallo Dennis,
also von der GeeBee R1 / R2 wird vom Phänomen der Ruderumkehr berichtet, allerdings bezogen auf die Querruder, und bei langsamer Fahrt (bei Start und Landung). Die Erklärung ist auch einleuchtend: Bei vergrößertem Anstellwinkel der Maschine (also Sporn unten) reißt irgendwann die Strömung an den Flächen ab. Allerdings erfolgt dieser Strömungsabriß an einer Fläche, bei der das Querruder nach oben steht, später, als an einer Fläche mit Querruder unten. Der Effekt des Querruders kehrt sich somit um: die abgerissene Tragfläche (also die mit QR negativ) erzeugt gar keinen Auftrieb, wohingegen die Fläche mit QR positiv noch trägt - also Auftrieb erzeugt, und damit eine Rollwirkung entgegen dem QR Ausschlag bewirkt.

Der Pilot der GeeBee R2 Replika, Benjamin Delmar, beschreibt in seinem Buch über den Nachbau der R2 eindrücklich seine Erlebnisse...

Bezüglich HR habe ich von diesem Effekt noch nichts gehört, könnte mir aber vorstellen, dass ein solches Phänomen evtl. mit der Wirbelschleppe des Flügels und der Position des HLW zusammenhängen könnte.

Gruss

Matias

[ 13. Februar 2003, 14:26: Beitrag editiert von: MatiasR ]
 

Yeti

User
Original erstellt von Dennis Schulte Renger:
Das Phänomen bezieht sich natürlich auf die Großen ;)
Moin Dennis,

das Problem betrifft genauso "die Kleinen" und beschränkt sich auch nicht auf das Höhenruder.

Beispiel Querruder-Umkehr: Schlägt man ein Querruder nach unten aus, erhöht man zum einen den Auftrieb und zum anderen das aerodynamische Moment. Das Moment tordiert den Flügel, so dass er weniger Auftrieb erzeugt. Bei hohen Geschwindigkeiten kann die Momentenänderung so groß werden, dass die Auftriebsabnahme infolge der Torsion stärker ist als die Auftriebszunahme durch den Ruderausschlag. Vielleicht erinnerst du dich an die Diskussion über die Profilierung des eta-Modells und die Frage, in welche Richtung die äußeren Klappen zu verstellen sind, wenn sich im Schnellflug die Flügel nach unten biegen?

Beim Höhenruder ist die Biegung des Rumpfes infolge eines HR-Ausschlags für die Wirkungsumkehr verantwortlich.

Und dann gibt's da noch ein paar hässliche Effekte im Überschall. Die betreffen Modellflieger aber wirklich nicht.

Gruß Yeti
 

Dennis Schulte Renger

Vereinsmitglied
HI!!

Besten Dank für eure Antworten.

Dass ich dadrauf nicht selber gekommen bin. Klingt einleuchtend und erklärt das Phänomen gut.

@Yeti: Erstmal vorweg..........klar kenn ich die Diskussion.....habe sie aufmerksam komplett verfolgt ;)

Ich schrieb den Satz mit den "Großen" eigentlich, weil ich immmer im Zusammenhang mit Überschall über das Phänomen gelesen habe. Deswegen dachte ich, dass das für Modelle nicht wichtig ist.

Du schreibst ja auch von "ein paar hässlichen Effekten". Ich als neugieriger Mensch frage jetzt natürlich nach, was das für Effekte sind.

Wäre nett wenn mich dort jemand aufklären könnte. Wer weiß vielleicht braucht man das ja irgendwann mal ;)

[ 13. Februar 2003, 15:11: Beitrag editiert von: Dennis Schulte Renger ]
 
Das Problem läßt sich im Microsoft-Flugsimulator wunderbar nachvollziehen: Man nehme die Piper Mooney, und fliege im extrem überzogenen Zustand. Irgendwann kommt der Punkt, wo die Querruder von der Wirkung her verkehrt herum laufen....

Andreas
 
..und nicht nur bei hoher Geschwindigkeit!
kein Gleitschirm ließe sich ohne diese "Ruderumkehr" steuern: rechte Fläche hinten runterziehen fliegt man nach rechts, linke Fläche hinten runterziehen fliegt man nach links, verglichen mit den Querrudern normaler Flugzeuge ist das ein Ruderumkehr.
CU
Ernie
 
Moment, da gibts noch einen Ruderumkehreffekt :

Dieser hat allerdings mit sehr hohen Geschwindigkeiten zu tun, nämlich mit der Annäherung an die Schallgeschwindigkeit.

War ein gefürchtetes Phänomen bei den ersten Flugzeugen die so schnell wurden, auf einmal hat das Höhenruder nicht mehr richtig odr sinnverkehrt gewirkt, ich glaub daran sind auch einige Maschinen zerbröselt .

Grund dafür war daß das Ruder bei grade noch komplett Unterschall normal funktioniert hat, dann abr bei einem Ausschlag(z.b. ziehen) die Strömung auf der, in diesem Bsp , Unterseite beschleunigt wurde (wie bei einem gewölbten Tragflächenprofil) und die Strömung in diesem Bereich Überschall erreichte. Die sich dadurch auf der Leitwerksfläche bildende Schockwelle beinflußt die Druckverhältnisse um das Leitwerk dummerweise gerade so daß sich auf der Seite wo eigentlich Unterdruck herrschen sollte ein Überdruck bildet und somit die Wirkung des Ruderausschlags das Gegenteil von der erwarteten war .Also, wenn man im steilen Sturzflug bei sehr hoher Geschwindigkeit gezogen hat um abzufangen ist es vorgekommen daß der flieger die Nase nur weiter nach unten genommen hat: Brösel .

Die Abhilfe war relativ einfach, wenn man weiß was sich abspielt: Pendelhöhenruder, bei denen tritt dieser Effekt nicht auf, kann man an jedem Überschalljet bewundern.

Paul

[ 10. März 2003, 10:14: Beitrag editiert von: Paul Hopfgartner ]
 
Hi Ernie,

ich glaube nicht dass dies eine Ruderumkehr ist, sondern der Effekt basiert auf der Geschwindigkeitsverteilung, rechtes Flügelende nach unten = langsamer, und weil nur ganz aussen am Schirm ergibt sich dadurch ein sehr starkes "Gegendrehmoment". Das wollen wir doch mit der Differenzierung der Querruder verhindern, wenn ich das richtig verstehe...

Gruss
Raphael
 

jwl

User †
bei gleitschirmen hängt unten ja so eine mensch dran der rollmoment müsste also enorm sein und die fäden müssten druck übertragen sowas geht nicht.

beim gleitschirm durch die hohe stabiltät massenschwerpunkt. gelten einfach andere gesetzte das "querruder ist ein spoiler" auf der unterseite. wirkt durch die auftriebsverteilung sogar sinngemäss. beim ausschlag --> ziehen rechts wir der induzierte widerstand rechts grösser unteranderm wird die unterschiedliche anströmgeschwindigkeit kompensiert die rechte seite bekommt mehr auftrieb. der erhöhte profilwiderstand macht es noch leichter.

gruss jwl

ps: beim horten segeler wurde auch von einer ruderumkehr in bodennähe gesprochen. nach nickel wurde dieses falsch beobachtet. --> siehe "schwanzlose flugzeuge"

[ 13. Februar 2003, 16:37: Beitrag editiert von: jwl ]
 
Richtig, Raphael. dieser Effekt heißt negatives Wendemoment odr auch Querrudersekundäreffekt, ich glaub da gibts noch eine Reihe anderer Eggsberdenausdrücke dafür :D
 
Also sachte Jungs, bevor ihr über mich herfallt solltet ihr mal definieren was nach eurer Meinung Ruderumkehr ist! Funktioniert anders als normal? Was ist in diesem Zusammenhang normal?!!!
Meine Ruderumkehr steht außerdem in " " und ich habe keinerlei, also auch keine falsche Erklärung dazu abgegeben, warum das so ist.
€jwl also wenn die rechte Tragfläche mehr Auftrieb liefer würde, würde der Schirm nach links drehen :D :D , meiner dreht aber nach rechts.
Ciao
Ernie
Ernie
 

jwl

User †
Original erstellt von elektroernie:
jwl also wenn die rechte Tragfläche mehr Auftrieb liefer würde, würde der Schirm nach links drehen :D :D , meiner dreht aber nach rechts.
wie kommst da drauf.
du hast an deinem gleitschirm kein seitenruder.

als beispiel man nimmt einen horten segler oder auch einen zagi und legt den schwerpunkt nach ganz weit hinten und auf einmal dreht sich die kiste in die falsche richtung ohne aber einen kurve zu fliegen.

du kannst auch einen normal segeler so ab 250cm spannweite nehmen und nur auf der einen seite nach unten ausschlagen und schau mal was passiert.

gruss jwl
 
Ok, mal n'bisschen Detail.

Das Negative Wendemoment entsteht durch die Wiederstandserhöhung auf der Seite an der das Querruder den Auftrieb erhöht. Abhilfe dagegen ist die Differenzierung der Qerruderausschläge, und bei Flugzeugen mit hoher Streckung kommt man meist auch nicht umhin das Seitenruder zu benutzen um ne saubere Kurve zu fliegen.

Paragleiter sind ein Extremfall, da wird das was bei einem normalen Flugzeug störend ist zur Steuerung verwendet, nämlich die Widerstandserhöhung, da eine beeinflussung der Querlage durch den tiefen Schwerpunkt nicht direkt möglich ist.

Hortennurflügel funktionieren im Prinzip nur deshalb ohne Seitenleitwerk und Winglets weil im Bereich der Querruder praktisch kein odr nur wenig Auftrieb erzeugt wird (Glockenauftriebsverteilung), damit ist die Auftriebs- und Widerstandsänderung auf beiden Seiten etwa gleich, mit ein bisserl Differenzierung fliegt so ein Ding dann auch ohne Seitenruder saubere Kurven. Ein aerodynamischer Trick der abr nicht so leistungsfähig ist wie vergleichbare Nuris mit Winglets.

Das ist alles abr keine Ruderumkehr, dafür fallen mir 2 Beispiele ein: erstens im Transsonischen Bereich (siehe weiter oben) und zweitens durch aeroelastische Verformungen des Flugzeugs.

Man stelle sich einen nicht sonderlich steifen Flügel vor, außen schlägt das Querruder nach unten aus und der Flügel Verwindet sich durch das zusätzliche Moment so daß die Anstellwinkeländerung des äußeren Flügelteiles die Wirkung des Querruders aufhebt odr sogar umkehrt. D.h. obwohl das Querruder nach unten steht wird dieser Flügel nach unten gedrückt weil sich der ganze Flügel verdreht wie ein Propeller.Je höher die Geschwindigkeit und weicher der Flügel desto eher ist sowas möglich.
Kann auch bei einem weichen Rumpf am Höhenruder auftreten, beim ziehen verbiegt sich der Rumpf so daß sich die EWD verringert und die Wirkung des Höhenruders durch das nun falsch angestellte Höhenleitwerk aufgehoben wird. (Uh, is der schnell, ziehen, uhh wird scheller , mehr ziehen ...Bömpf)

Bei manchen Pendelhöhenrudern wird dieses Prinzip verwendet, da hängt das ganze Leitwerk nur lose im Wind und es wird nur ein kleines Hilfsruder an der Hinterkante angesteuert, dieses schlägt umgekehrt aus als man es von einem normalen Höhenruder erwarten würde,d.h. wenn ich ziehe geht das kleine Ruder nach unten, drückt die Hinterkante des Pendelruders nach oben und dieses drückt das Heck des Flugzeugs nach unten und der Flieger nimmt die Nase hoch.
Hm, bin mir jetzt nicht sicher ob das nicht auch bei Normalan Rudern so Anwendung findet, ich glaube als Trimmklappen.

[ 13. Februar 2003, 19:31: Beitrag editiert von: Paul Hopfgartner ]
 
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