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
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
Kleinere Verkehrsflugzeuge werden oft mit einer Propellerturbine ausgestattet.
Propellerturbinen können in der Regel nicht im oberen Geschwindigkeitsbereich eingesetzt werden.
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)
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.
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.
Der Einstellwinkel ist der Winkel zwischen Flugzeug Längsachse und Profilsehne.
Er wird vom Konstrukteur des Flugzeugs festgelegt.
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.
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.
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.
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
- 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!
- Vielseitiger Einsatz
- Wirtschaftlicher Betrieb
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.
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.
Konstruktionshauptgruppen
Konstruktionsgruppen
Baugruppen
Bauteile
Einzelteile
- Flugwerk
- Triebwerk
- Ausrüstung
Konstruktionsgruppen Flugwerk
- Tragwerk
- Rumpfwerk
- Leitwerk
- Steuerwerk
- Fahrwerk
Konstruktionsgruppen Triebwerk
- Triebwerk
- Triebwerkseinbau
- Propelleranlagen
- Alle Funktionsanlagen
Konstruktionsgruppen Ausrüstung
- Standardausrüstung
- Sonderausrüstung
- Bewegliche Einsatzausrüstung