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Unterscheidung von Luftfahrzeugen
Es gibt unterschiedliche Unterscheidungsmerkmale von Luftfahrzeugen
Luftfahrzeuge leichter oder schwerer als Luft


Luftfahrzeuge leichter als Luft



Luftschiffe Ballone

Luftschiffe:
Auftrieb:
Luftverdrängung und aerodynamischer Auftrieb

Antrieb: Motorantrieb

Steuerung: Steuerruder


Ballone:

Auftrieb: Luftverdrängung

Antrieb: Wind

Steuerung: Windrichtung in unterschiedlichen Höhen


Luftfahrzeuge schwerer als Luft


Flugzeuge Helikopter Raketen


Flugzeuge:

Auftrieb: Tragflächen

Antrieb: Kolbentriebwerke, Propellerturbinen, Gasturbinen

Steuerung: Steuerflächen und Ruder


Helikopter:

Auftrieb: Rotoren

Antrieb: Kolbentriebwerke, Propellerturbinen

Steuerung: Rotorblattverstellung


Raketen:

Auftrieb: Rückstoßantrieb

Antrieb: Raketenmotoren

Steuerung: Steuerdüsen


Antriebe von Flugzeugen

Kolbentriebwerk


Boxermotor Sternmotor


In den meisten Kleinflugzeugen werden luftgekühlte Boxermotoren eingesetzt.

Bei größeren Flugzeugen kommen auch Sternmotoren zum Einsatz.


Nachteil der luftgekühlten Motoren:

Beim Sinkflug können die Motoren zu stark auskühlen.

Das kann zu Beschädigungen am Motor führen.

Ein zu kalter Motor kann, z.B. beim Durchstarten, ausgehen.


Propellerturbine


Propellerturbine


Kleinere Verkehrsflugzeuge werden oft mit einer Propellerturbine ausgestattet.

Propellerturbinen können in der Regel nicht im oberen Geschwindigkeitsbereich eingesetzt werden.


Gasturbine


Gasturbine


Alle großen Verkehrsflugzeuge sind mit Gasturbinen ausgestattet.

Gasturbinen sind sehr zuverlässig.

Durch die Ausführung als Mantelstromtriebwerk konnte die Leistungsfähigkeit verbessert und die Lärmemission erheblich verringert werden.


Anbringung der Tragflächen


Hochdecker


Schulterdecker


Mitteldecker


Tiefdecker


Doppeldecker


Leitwerkskonstruktion


Konventionelles Leitwerk


Mittel Leitwerk


H-Leitwerk


T-Leitwerk


H-Leitwerk mit 2 Rümpfen


V-Leitwerk


Stern-Leitwerk


Kreuz-Leitwerk


Dreifach-Leitwerk


Entenflügler


Fahrwerkskonstruktionen


Spornrad


Bugrad


Zweirad


Kufen


Wasserflugzeug


Flugboot


Start- und Landeeigenschaften


VTOL Vertical Take Off and Landing


STOL Short Take Off and Landing


CTOL Conventional Take Off and Landing


Belastungsarten


Zug


Druck


Scherung


Torsion


Biegung


Knickung


Flugzeuge


Erstes Motorflugzeug der Brüder Wright (1903)


Bleriot (1909)


Konventionelles Kleinflugzeug (Cessna) - Schulterdecker


Konventionelles Kleinflugzeug (Piper) - Tiefdecker



Modernes Kleinflugzeug (Katana)


Wie fliegt ein Flugzeug


Auf das Flugzeug wirken 4 Kräfte


1. Der Vortrieb (Schub), der durch das Triebwerk erzeugt wird.

2. Der Widerstand (Luftwiderstand), der von der Geschwindigkeit, konstruktiven Merkmalen des Flugzeugs und meteorologischen Bedingungen abhängig ist.

3. Der Auftrieb, der ebenfalls von der Geschwindigkeit, konstruktiven Merkmalen des Flugzeugs und meteorologischen Bedingungen abhängig ist.

4. Das Gewicht setzt sich zusammen aus dem Leergewicht des Flugzeugs, dem Kraftstoff und der Nutzlast (Payload).

Eine wichtige 5. Kraft bei konventionellen Flugzeugen ist die Abtriebskraft am Höhenleitwerk, die notwendig ist, um das Flugzeug stabil um die Querachse zu machen.


Der Antrieb eines Flugzeugs erfolgt durch Gewicht, Kolbentriebwerke, Propellerturbinen oder Strahltriebwerke.


Auftrieb


Durch die größere Wölbung des Flügels auf der Oberseite bilden sich oben ein Unterdruck und unten ein Überdruck aus.

Die Auftriebskraft wird zu etwa 2/3 durch Unterdruck auf der Flügeloberseite und zu etwa 1/3 durch Überdruck auf der Flügelunterseite erzeugt.


Strömung an der Tragfläche


Bei normaler Fluglage wird die Tragfläche von der Luft umströmt.

Die vorderste Stelle der Tragfläche bezeichnet man als Staupunkt dort teilt sich die Luft auf ihrem Weg zur Flächenober- oder Unterseite.

Der Punkt, in dem die Auftriebskraft am Flügel wirkt heißt Druckpunkt.

Zunächst liegt die Luftströmung glatt (laminar) an der Tragfläche an.

Auf dem Weg zur Tragflächenhinterkante kann die Luftströmung nicht mehr der Profilkrümmung folgen.

Ab Umschlagpunkt bildet sich eine turbulente Grenzschicht aus, bis es schließlich an der Tragflächenoberseite ab Ablösepunkt zu einer turbulenten Strömung kommt.


Stabile Fluglage



Damit das Flugzeug stabile Flugeigenschaften besitzt, erzeugt das Höhenleitwerk einen Abtrieb.

Das Bild veranschaulicht deutlich, wie das Flugzeug am Auftrieb „aufgehängt“ ist, während das Gewicht und der Abtrieb des Höhenleitwerks das Flugzeug in der Waage halten.

Das Flugzeug hat so einen stabiles Flugverhalten.

Wenn das Flugzeug in dieser Fluglage, bei unveränderter Ruderstellung langsamer wird (z.B. durch Reduzierung der Motorleistung), nehmen der Auftrieb an der Tragfläche und der Abtrieb am Höhenleitwerk ab.

Dadurch senkt sich die Flugzeugnase und das Flugzeug beschleunigt. Dadurch nehmen Auftrieb an der Tragfläche und Abtrieb am Höhenleitwerk wieder zu.

Das Flugzeug nimmt die Nase wieder etwas hoch und es stellt sich auf einen normalen Sinkflug ein. D.h. das Flugzeug stellt automatisch eine Fluglage ein, die es ihm erlaubt stabil weiterzufliegen.


Einstellwinkel



Der Einstellwinkel ist der Winkel zwischen Flugzeug Längsachse und Profilsehne.

Er wird vom Konstrukteur des Flugzeugs festgelegt.


Anstellwinkel



Der Anstellwinkel

ist der Winkel zwischen dem Flugweg und der Profilsehne.

Er wird vom Piloten bei der Flugdurchführung festgelegt.





Wenn der Anstellwinkel zu groß wird, kann die Luftströmung dem Flügelprofil nicht mehr folgen. Das Flugzeug befindet sich im Stall (im überzogenen Flugzustand).

Wenn ein Flugzeug zu schnell fliegt, kann es ebenfalls vorkommen, dass die Luftströmung dem Profil nicht mehr folgen kann. Dann spricht man vom High Speed Stall.


Flugachsen




Querruder




Mit dem Querruder erfolgt die Steuerung um die Längsachse.

Dabei kann ein negatives Roll-Wende-Moment auftreten.

Moderne Flugzeuge werden im Reiseflug nur mit dem Querruder gesteuert.


Seitenruder




Mit dem Seitenruder erfolgt die Steuerung um die Hochachse.

Dabei tritt ein positives Wende-Roll-Moment auf.

Das Seitenruder wird in der Regel nur während Start und Landung benutzt.


Höhenruder




Mit dem Höhenruder erfolgt die Steuerung um die Querachse.

Mit dem Höhenruder wird die Geschwindigkeit des Flugzeugs eingestellt.

Außerdem wird mit dem Höhenruder die Belastung des Flugzeugs (Lastvielfache) gesteuert.

Hohe Geschwindigkeit + großer Höhenruderausschlag = Hohe Belastung


Phasen eines Fluges


- Rollen

- Start

- Steigflug

- Reiseflug

- Sinkflug

- Anflug

- Landung

Für jede dieser Flugphasen muss das Flugzeug optimale Eigenschaften bieten. D.h. die Flugeigenschaften des Flugzeugs müssen konfigurierbar sein!


Aufbau eines Flugzeugs

Konstruktionsziele

- Vielseitiger Einsatz

- Wirtschaftlicher Betrieb


Lufttüchtigkeitsanforderungen


Die Lufttüchtigkeitsanforderungen für Flugzeuge sind in den FAR – Richtlinien festgelegt.

FAR Federal Aviation Regulations (USA)

FAR Part 23

Lufttüchtigkeitsanforderungen für Normal-, Nutz- und Kunstflugzeuge.

FAR Part 25

Lufttüchtigkeitsanforderungen für Verkehrsflugzeuge.


v-n-Diagramm


Die Flugbereichsgrenzen werden in einem v - n – Diagramm dargestellt.



Verkehrsflugzeuge müssen Belastungen bis +2,5g/-1g bei eingefahrenen Landeklappen und +1g/-0g bei ausgefahrenen Landeklappen aufnehmen können.

Die Lasten können hervorgerufen werden durch

- Landestöße

- Flugmanöver und

- Böenlasten.


Konstruktionsgruppen

Konstruktionshauptgruppen

Konstruktionsgruppen

Baugruppen

Bauteile

Einzelteile


Konstruktionshauptgruppen

- Flugwerk

- Triebwerk

- Ausrüstung


Konstruktionsgruppen Flugwerk

- Tragwerk

- Rumpfwerk

- Leitwerk

- Steuerwerk

- Fahrwerk


Konstruktionsgruppen Triebwerk

- Triebwerk

- Triebwerkseinbau

- Propelleranlagen

- Alle Funktionsanlagen


Konstruktionsgruppen Ausrüstung

- Standardausrüstung

- Sonderausrüstung

- Bewegliche Einsatzausrüstung