EWD/Schwerpunkt

Tag TurboSchroegi,

heisst das, dass Du das Gleiche sagst wie ich mit meinem vorhergehenden Beitrag, oder habe ich das falsch verstanden? Es geht nur um ca-Anstiege und damit das Gesamtflieger-cm>0?
 
Hi !

Ehrlich gesagt war mir nicht immer alles klar, was Du mit Yeti ausgetauscht hast.

Was ich meinte ist, dass es für die stat. Stabilitätsbedingung ein einfaches Kriterium gibt:

- Steigung der Nickmomentkurve (oder anders: dcM/dcA = -sigma &lt 0)

Den Rest brauche ich dazu nicht - mich verwirrt er nur.

Wenn Du obiges integrierst, kriegst du

cM=-sigma*cA + cM0

Daraus folgt:

- Längsstab gibt's nur mit cM0 &gt= 0
- "normaler" Tragflügel hat aber ein cm0 &lt 0

daraus folgt: ich brauch ein HLW (das Abtrieb erzeugt), weil der Flügel sonst nicht stabil fliegt.

Mehr wollte ich damit nicht sagen. Alles andere sind logische Folgerungen, andere (richtige) Sichtweisen der Dinge und soweiter.

Grüße + schönen Abend

TurboSchroegi

P.S. Mein Großer (3J) steht daneben und fragt Fragen :D Der sollte in einer Prüfungskommision sitzen - die sind nicht schlecht, die Fragen ;)
 

Yeti

User
Original erstellt von TurboSchroegi:

Was ich meinte ist, dass es für die stat. Stabilitätsbedingung ein einfaches Kriterium gibt:

- Steigung der Nickmomentkurve (oder anders: dcM/dcA = -sigma &lt 0)

Daraus folgt:

- Längsstab gibt's nur mit cM0 &gt= 0
- "normaler" Tragflügel hat aber ein cm0 &lt 0

daraus folgt: ich brauch ein HLW (das Abtrieb erzeugt), weil der Flügel sonst nicht stabil fliegt.
Nein! :( Oder doch? ;)

Was ist CM0? Das Nickmoment bei CA = 0. Beim Flügel soll der Theorie nach das Nickmoment konstant sein, also hat der Flügel bei jedem Anstellwinkel das gleiche CM, nämlich das, was er auch bei CA = 0 hat -> CM0.

Der Nickmomentenbeiwert des Gesamt-Flugzeuges ist aber nicht bei jedem Anstellwinkel konstant. Du schreibst, dass die Bedingung für statische Stabilität eine negative Steigung der Nickmomentenkurve ist. Wäre das Nickmoment konstant, wäre die Steigung der Kurve ja Null. Oder für "Halb-Theoretiker": Es wäre eine horizontale Gerade.

Im Gleichgewichtszustand kennen wir den Gesamt-Momentenbeiwert des Flugzeuges, denn Momentengleichgewicht bedeutet, dass sich alle Momente aufheben und somit in der Summe zu Null werden -> Im Gleichgewichtszustand ist also auch der Nickmomentenbeiwert CM = 0.

Du schreibst weiterhin: Man braucht ein positives Nullmoment des Gesamt-Flugzeuges. Na klar! Wenn die Nickmomentenkurve eine negative Steigung hat, kann das CM nur zu Null werden, wenn man von einem positiven Wert ausgeht.

Wenn das CM des Flügels immer negativ (=kopflastig) ist und man aber ein positives (schwanzlastiges) Gesamt-Nullmoment braucht, dann muss in der Tat das HLW Abtrieb erzeugen und damit ein positives Moment, das größer sein muss als das negative Moment des Flügels.

AAAAABBBÄÄÄÄÄÄÄRRRRRRR: Das gilt für CA = 0, also im Sturzflug oder Parabelflug, wo der Flügel keinen Auftrieb liefert. Man braucht ja wie gesagt ein positives NULL-MOMENT. Wenn der Schwerpunkt hinter dem Flügel-Neutralpunkt liegt, erzeugt ja auch der Auftrieb des Flügels bezogen auf den Schwerpunkt bereits ein positives (schwanzlastiges) Moment. Und das wird umso größer, je größer der Auftriebsbeiwert des Flügels ist. Daraus folgt, dass man mit zunehmendem CA des Flügels immer weniger Abtrieb am Leitwerk braucht und irgendwann sogar Auftrieb, um den Gleichgewichtszustand zu erreichen!

So schwer isses doch gar nicht, oder? ;)

Gruß Yeti
 

haschenk

User †
Hallo Leute,

ich hab´den thread erst gerade entdeckt, sonst hätte ich schon früher was dazu gesagt.

Schroegi und Yeti haben die Sache schon ganz richtig erklärt, da gibt´s kaum noch was dazu zu sagen.

Nur 2 Bemerkungen:

1. Neutralpunkt
Bei Modellen muß man wegen Re-Zahl-Effekten (Druckverteilung um´s Profil) damit rechnen, daß der NP (egal ob Profil oder Modell) nicht genau dort liegt, wo man ihn rechnerisch ermittelt hat, auch kann er (geschwindigkeitsabhängig) etwas wandern. So einen Fall habe ich übrigens gerade, Anbringen eines eines 3D-Turbulators macht das Modell deutlich kopflastig.

Wenn die Rechnung mal nicht ganz stimmt, dann nicht gleich die ganze Theorie für Quatsch erklären, sondern den Verstand einschalten und nach Erklärung suchen. Abweichungen von z.B. 2-3% Bezugsflügeltiefe in der NP-Lage können ohne Weiteres auftreten. Wenn man z.B. mit einem Stabilitätsmaß von rechnerisch 0,1 fliegt, dann können das real auch 0,07 oder 0,13 sein. Deswegen muß man die Feinabstimmung letztlich experimentell machen.

Ich will auch kurz noch den Einfluß des Flügelabwinds am Leitwerk erwähnen, an den die Wenigsten denken. Den in die Rechnung hineinzunehmen, ist so schwierig dann auch wieder nicht.

2. Zur Längsstabilität
Wovon ihr hier geredet habt, ist die (statische) Anstellwinkelstabilität. Die ist immer unbedingte Voraussetzung, aber keinesfalls alles.

Die Längsbewegung/Längsstabilität hat -einfach gesagt- 2 Anteile:
a)Die Anstellwinkel-Stabilität ("alpha-Schwingung")
b)Die Bahnstabilität (langsame Bahnschwingung, "Phygoide")

Über a)wurde hier schon gesprochen, und ich unterstelle mal, daß diese Bedingung erfüllt ist.

Über b) wird so gut wie nie gesprochen, obwohl das in der Praxis immens von Bedeutung ist und wir die Auswirkungen ständig zu spüren bzw. zu "sehen" bekommen.

Ich will jetzt darüber keine Vorlesung halten. In der Praxis geht es darum, was für eine FLUGBAHN das Modell nach der berühmten "Bahnstörung" ausführt (trotz üblicher "Längsstabilität"!). Man sollte die Flugbahn nach einer Störung mal OHNE STEUEREINGRIFFE (nur im ausgesprochenen Notfall) beobachten, dann kann man die Phygoide sehen. Ich weiß, das kostet Nerven, zumal man schon einige Sekunden abwarten muß.
Wenn der Flieger nach einem Andrücken nicht gleich abfängt, heißt das noch nicht, daß er längs-instabil ist. Aber Achtung, es könnte auch "Unterschneiden" sein; das ist dann wieder ein anderes Thema.

Die Dinge sind halt leider nicht immer ganz einfach, und Übervereinfachungen können schnell zu falschen Schlüssen und Vorstellungen führen.

Gruß,
Helmut
 
Tach auch,

nach ein paar Tagen Pause (u.a. mit Fliegen am Bwlch, aetsch) bin ich wieder dabei.
@TurboSchroegi:
Das ist gut, das kann ich verstehen.
@Yeti:
Da tu ich mir schon schwerer, weil ja auch ein Brettnurfluegel mit einem konstanten positiven cm0 fliegen kann (oder liege ich da falsch).
Was in die Erklaerungen bisher nicht eingegangen ist, ist, dass das cm0 kein Moment ist, sondern nur ein Beiwert, der zusammen mit der Dynamik zu einem Moment fuehrt. Das ist entscheidend, weil die Gewichtskraft unabhaengig von der Geschwindigkeit ist, die Auftriebskraft und damit das aufrichtende Moment jedoch nicht. Die Richtigkeit dieser Behauptung wird dadurch gezeigt, dass ich noch keinen Flieger gesehen habe, der -wenn man ihn aus dem Stand fallen laesst- den Schwanz runter nimmt. Einen solchen Flieger wuerde ich erst mal nicht werfen. Also kommen wir zu dem Schluss, dass durch die Gewichtskraft ein der Aufrichtung entgegen wirkendes Nickmoment entsteht, das durch das gesamt-cm0 des Fliegers bei Beschleunigung mehr und mehr kompensiert wird, bis der Gleichgewichtszustand erreicht wird. Dazu brauche ich keine Aenderung des cm0, oder? Dies fuehrt auch zur Frage an @haschenk, ob der statische Zustand nicht einfach ein Sonderfall des dynamischen Zustands ist. Die Phygoide wird solange verfolgt, bis der Gleichgewichtszustand da ist. Tauchen wir ab (unterschneiden), so ist unser Regelkreis nicht regelfaehig, weil die Stellgroessen zu klein sind (dann koennen wir in den Zustand kommen, in dem nicht ein einmal volles Ziehen hift, also Druecken, halbe Rolle und alles ist gut, vorlaeufig) oder weil die Stellgroessen der Veraenderung nicht entgegen wirken (zu kleine EWD -> negatives gesamt-cm0), kommt es zu Resonanzen (pumpen), so ist unser Regelkreis nicht regelfaehig, weil er irgendwo Pole an schlechten Stellen (irgendwo mit positivem Realteil) hat (EWD zu gross und zu kleine Daempfung der Schwingung). So einfach sehe ich das, kann mich aber auch gewaltig taeuschen.
 

haschenk

User †
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 ]
 
Tach auch,

hrmmmm, warum sind die letzten Vorlesungen nur schon so lange her, ich brauch seither fast nur noch 'Einkaufsmathe' und jetzt kommt da so einer und schlaegt mich mit der mathematischen Keule tot. Nur zu, ist schon recht, dem Prinzip kann ich folgen und das stimmt wohl mit meinen Ueberlegungen recht brauchbar.
Sach mal, was machst Du eigentlich beruflich. Schlenkertst Du das alles locker aus dem Aermel oder wird da ab und zu ein Buch konsultiert?
Kann man daraus ableiten, dass mein Beitrag vom 12. September 2003 18:27 stimmt und man einfach, um ein positives gesamt-cm0 zu erreichen mit den nullauftriebswinkelkompensierten (wow, was ein Wort) Anstellwinkeln von Tragflaeche und Leitwerk so arbeiten muss, dass der Anstellwinkel der TF kleiner ist als der des LW, weil der ca. dann den gewuenschten unterschiedlichen (zwischen TF und LW) Verlauf ueber den Anstellwinkel hat?
 
Hi Folks !

Hi Helmut ! Schön, dass Du dich auch eingeklinkt hast!

... bin kurz beim Nachdenken ... komme gleich wieder ;)

Grüße TurboSchroegi

[ 19. September 2003, 08:31: Beitrag editiert von: TurboSchroegi ]
 
... so, jetzt bin ich wieder da. Ich habe mal - aus meiner Sicht Wesentliche - Passagen aus einer Flugmechanik 1 Vorlesung kopiert, die uns zum Theama stat Längsstab. interessiern könnten. Mehr kann ich nicht mehr beitragen; ich muss mich dingend um mein DG303 Projekt kümmern.

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Zentrale (Teil)Sätze (m.E.)

- "... lassen sich Anschaulich mit Hilfe des Neutralpunkts ..."

- Der Absatz unter Abb. 10.14 ist das was Yeti dauernd zu sagen versucht. Kommentare dazu in den nächsten Absätzen.

- "Wie beim Einzelflügel ..."

- Stabiles Verhalten bei negativem Verlauf der Nickmomentkurve (Abbildung 10.16)

- über den gesamten CA Verlauf (Abbildung 10.16)

Ach ja: Der Text ist nicht irgendwoher zusammengesetzt. Es handelt sich um die lückenlose Abbildung der Seiten 16,17 und 18 des FM1 Skripts. Der Zusammenhang ist also gegeben.

Muss mich jetzt hier ausklinken wegen DG303. :D :D

Viel Spaß noch + Grüße TurboSchroegi

P.S. Vielleicht trifft man sich ja in Aspach - bin Sonntag dort.

[ 19. September 2003, 09:18: Beitrag editiert von: TurboSchroegi ]
 
Tach auch,

ja jetz sagat amol, des isch doch des, was ganz am Ofang von denner Diskussio gschdanda isch (So, jetzt bin ich als Schwabe geoutet). Aber das ueberrascht mich jetzt doch. Zuerst ist alles einfach, dann wird's immer komplizierter und jetzt ist alles wieder einfach:
Stabilitaet haben wir, wenn der NP hinter dem SP sitzt und das LW Abtrieb liefert. So lese ich das zumindest grob aus dem FM1-Script (FM habe ich leider nie gehoert). Und das war doch das, was am Anfang der Theoretisiererei stand. Das ist doch das, was ich mit dem Modell der ebenen Platten so einfach wie moeglich sagen wollte.
Oder bin ich jetzt eigentlich total bloede? Ich hab gerade einen Nurfluegel in der Mache, da hoffe ich dass der gut ist. Und jetzt gebt Ihr mir den Eindruck, dass ich gar nichts weiss. Nicht direkt, aber so zwischen den Zeilen liest sich das so a la: Muessen wir das diesem Anfaenger jetzt hundertmal erklaeren?
 
Hi !

:D Wie ich schon sagte: Ich habe eigentlich von vorne herein nicht verstanden wo das Problem ist :D :D

stat. Längsstab ist das eine, dyn. Längsstab (Fkts. über die Zeit) ist das andere und der eine macht's mit dem Druckpunkt und der andere mit dem Neutralpunkt usw. usw. etc. pp. und wenn er pumpt ist der Schwerpunkt zu weit vorn ;)

Grüße TurboSchroegi
 
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