Hallo zusammen,
erstmal bitte ich die "Normalos" um etwas Nachsicht, wenn´s nachfolgend ziemlich theoretisch wird. Aber anders kann man das kaum sagen.
@waliser
a)
Momentenbezugspunkt ist immer der Schwerpunkt. Muß nicht sein, ist aber zweckmäßig (bedeutet weniger Arbeit). Damit fallen alle "Gewichtsmomente" automatisch weg. Es bleiben nur aerodynamische Momente übrig.
Da alle aerodynamischen Kräfte und Momente (idealisiert, ohne Re- und Ma-Effekte) quadratisch mit dem Staudruck wachsen, ist es egal, ob man die Überlegungen/Rechnungen mit den absoluten Werten oder mit den Beiwerten anstellt. Da die dimensionlosen Beiwerte in vieler Hinsicht allgemeiner sind, arbeitet man üblicherweise mit den diesen.
Übrigens, ein Teil der Momentenbeiwerte, nämlich alle Nullmomentenbeiwerte, repräsentieren "freie" Momente (Kräftepaare). Die haben und brauchen a priori keinen Bezugspunkt. Solche Nullmomente rühren nicht nur von den Profilen her, sondern können auch (z.B. beim Pfeilflügel durch die Schränkung) andere Ursachen haben. Man kann (sehr zweckmäßig) das Moment des GANZEN FLUGZEUGS immer aus einem Nullmoment und einen vom Anstellwinkel abhängigen Anteil zusammensetzen. Ein positives Nullmoment des ganzen Flugzeugs ist zwingende Voraussetzung für statisches Gleichgewicht UND statische Stabiltät, egal, von woher es kommt. Letztlich landen wir dann bei der schon weiter oben gezeigten Form des cm-Verlaufs.
b)
Da du offenbar Kenntnisse in Regeltechnik etc. hast, wirst du das Folgende sicher verstehen:
Die "symmetrische Längsbewegung" hat 3 Freiheitsgrade. Aus Gründen, die hier zu weit führen würden, nimmt man dafür aber nicht die nächstliegenden (Horizontal-, Vertikalgeschwindigkeit und Drehung um die Querachse), sondern Bahngeschwindigkeit, Bahnwinkel und Anstellwinkel. Um die dynamische Längsstabilität zu untersuchen, muß man die Bewegungsgleichungen mit diesen Freiheitsgraden aufstellen. Es gibt dann verschiedene Lösungswege dafür, beim "klassischen" (du kannst das aber auch mit der Laplace-Transformation machen)kommt man auf eine "charakteristische Gleichung" 4. Grades, die 4 Wurzeln hat. Normalerweise sind das 2 konjugiert komplexe Paare, d.h. man hat 2 mehr oder weniger gedämpfte Schwingungen. Die sind zwar grundsätzlich überlagert, aber nur schwach verkoppelt, sodaß man sie meistens getrennt betrachten kann:
1.
Die "schnelle Anstellwinkelschwingung". Sie ist (bei normalen Flugzeugen) schnell (einige Hz), stark gedämpft und führt sehr schnell wieder in die Anstellwinkel-Gleichgewichtslage. In der Praxis sieht man davon meistens nur ein kurzes Nicken und evtl. noch ein kleines Überschwingen.
2.
Die "langsame Bahnschwingung" (Phygoide). Hier schwingen Bahnwinkel und Bahngeschwindigkeit "wechselweise", der Anstellwinkel ist dabei KONSTANT! (Klingt evtl. unglaublich, ist aber so). Es ist analog einem Pendel: Lage- und Bewegungsenergie wechseln sich ab, der Flieger geht auf und ab und wird dabei langsamer bzw. schneller. Diese Schwingung ist langsam (Bruchteile von Hz) und schlecht gedämpft, weil die hin- und her schwingende Energie nicht abgebaut werden kann.
Das geht nur über den Luftwiderstand, und bei hochwertigen Fliegern ist der klein. "Drahtkommoden" haben keine großen Probleme mit der Phygoide.
Die Gleichgewichtslage (in Bahnwinkel und Bahngeschwindigkeit) wird bei der Phygoide nur sehr langsam wieder erreicht, meistens ist vorher schon die nächste Störung da.
Da ist dann der Pilot mit einem richtigen Höhenruderausschlag zum richtigen Zeitpunkt gefordert. Das einer der Punkte, um die es beim Fliegenlernen hauptsächlich geht (nur weiß kaum jemand, warum das so ist).
Oder man setzt einen "richtigen Regler" dafür ein. Das ist nicht so ganz einfach, wäre ein ganzes Thema für sich. Darüber, und wie es geht, habe ich vor Jahren mal im FMT-Kolleg geschrieben.
So theoretisch kann Modellflug sein. Aber andererseits:
"Es gibt nichts praktischeres als eine gute Theorie." (Ludwig Prandtl)
Gruß,
Helmut
PS. zu deiner Frage: Ja, die statische Stabilität kann man als Sonderfall der dynamischen Stabilität ansehen.
Mathematisch:
a) In der "charakteristischen Gleichung" ist es das Absolutglied, um das es da geht. Mit den Stabilitätsbedingungen von Hurwitz muß dieses > 0 sein.
b) Man kann aus den Gleichungen formal alle zeitabhängen Glieder rausstreichen, dann bleiben nur die nicht-zeitabhängigen übrig. Und das ist dann (salopp gesagt) die statische Stabilität.
[ 18. September 2003, 18:06: Beitrag editiert von: haschenk ]