Wendigkeit von Kampfflugzeugen, sustained turn rate und alles andere Einstellungen

[Kameratt]

Weil in einem anderen Strang das Thema angerissen wurde...

Im Normalfall einer gleichförmigen Bewegung in der horizontalen Ebene muss ein Kampfflugzeug, um sich in der Luft zu halten, durch seine Tragflächen (manche aber auch mehr oder weniger durch den Rumpf) Auftrieb erzeugen. Für diese Art von Bewegung muss die Auftriebskraft lediglich das Gewicht des Flugzeugs halten. Ihr Betrag errechnet sich also durch die Masse des Flugzeugs multipliziert mit der Erdbeschleunigung (9,81m/s²). Dieser "nützlichen" Kraft steht orthogonal aus der Bewegungsrichtung eine "schädliche" Widerstandskraft entgegen, welche für einen konstanten Flug mit einer ebenso großen Schubkraft des Antriebs ausgeglichen werden muss.
Diesen Strömungswiderstand kann man entweder kompliziert berechnen, wenn man die notwendigen Daten (wie z.B. den Strömungswiderstandskoeffizienten für die jeweilige Geschwindigkeit) dazu hat, oder retrograd bestimmen, wenn einem das L/D ratio bekannt ist. Dieses stellt ein Verhältnis der Auftriebskraft zum Flugwiderstand dar und bezieht sich meist auf optimale Werte (weil diese geschwindigkeitsabhängig sind), welche jedoch in dem für die Wendigkeit hauptsächlich relevanten Bereich von 0,5 bis 0,9 Mach nicht besonders von den tatsächlichen Werten abweichen, weil die (auf Sparsamkeit=hohes L/D getrimmte) Reisegeschwindigkeit von Düsenflugzeugen meistens in diesem Bereich angesetzt wird. Einige Beispiele für L/D ratios findet man auf Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Lift-to-drag_ratio#Examples
Unter der Berücksichtigung der Tatsache, dass bei modernen Jägern das L/D in dem Bereich 10-12 liegt, kann man also den Frontwiderstand bzw. den für einen gleichförmigen Flug notwendigen Schub ziemlich gut schätzen. Damit ließe sich jedoch nur die Erdbeschleunigung (=1G) ausgleichen, während moderne Luftüberlegenheitsjäger auf Manöver von bis zu 9G ausgelegt sind. Um solche Beschleunigungen zu erreichen, muss im Vergleich zum Normalflug der Anstellwinkel erhöht werden, damit die Aerodynamik des Flugzeugs mehr "nützlichen" Auftrieb erzeugen kann. Somit steigt jedoch auch der "schädliche" Widerstand aus der Bewegungsrichtung, der durch mehr Schub der Triebwerke ausgegliechen werden muss.
Ein Beispiel für die Abhängigkeit von L/D vom Anstellwinkel:

Und hier zusätzlich eine beispielhafte Entwicklung des Auftriebs und des Widerstands:

Wie man sieht, steigt bei einer Erhöhung des Anstellwinkels der Auftrieb deutlich. Noch deutlicher steigt aber der Widerstand, sodass darunter das L/D eindeutig leidet, weil es z.B. von 5 bis 18 Grad Alpha um rund 50% sinkt (von etwa 17,5 auf 8). Überzieht man den Anstellwinkel, so verliert man auch an Auftriebskraft und kann gleich einen Strömungsabriss bekommen. Ähnliches geschieht auch bei Kampfflugzeugen. Im Vergleich zu den Segel- oder Verkehrsflugzeugen, welche hauptsächlich auf ein möglichst sparsames, hohes L/D ausgerichtet sind, haben Kampfflugzeuge jedoch Flügelprofile, die relativ gesehen ihren Auftrieb bei Bedarf in einem deutlich stärkeren Maße steigern können und größere Anstellwinkel erlauben, ohne dabei sich das (relative) L/D ratio zu sehr zu ruinieren. Erkauft wird das mit vergleichweise niedrigen maximalen L/D von 10-12 im Vergleich zu etwa 18 bei Verkehrsflugzeugen oder bis zu 50 bei Segelflugzeugen.
Wenn man nun also ein Lastvielfaches von 5G (= ~50m/s²) durch den Auftrieb aufbaut, muss zu dessen Erhalt ebenso deutlich mehr Widerstand durch die Triebwerke ausgeglichen werden. Ist dies nicht möglich, verliert man Geschwindigkeit und/oder Höhe. Bei einer Halbierung des L/D landet man jedoch in einem Bereich von 6, was von modernen Jägern in niedrigen Höhen mühelos erreicht wird, in großen Höhen (Triebwerksschub hängt im hohen Maße von der Flughöhe, aber auch Geschwindigkeit ab), jedoch zum Problem wird.
Ein Rechenbeispiel:
Ein Eurofighter mit halbvollen Tanks und 2 bis 4 Lulf-Luft-FKs hat eine Masse von etwa 14 Tonnen. Um diese 14000kg in der Luft durch Auftriebskräfte mit 9G beschleunigen zu können ist eine Kraft von 14000*9*9,81=1236kN notwendig. Bei einem L/D von 6 müssten in diesem Falle jedoch "nur" 206kN an Widerstand ausgeglichen werden, wobei die Triebwerke des Eurofighters nominal 180kN Schub geben. Bei einem L/D von 7 (eine Su-27 hat bei maximaler stabiler Wenderate mindestens 6,8) würde man mit 176,6kN bereits innerhalb des Schubs der EJ200 landen. Dabei ist es egal, ob ein Manöver in der vertikalen oder horizontalen Ebene stattfindet, weil einzig der gesamte Beschleunigungsvektor relevant ist und dieser sich aus der Erdbeschleunigung und der durch den Auftrieb verursachten Beschleunigung zusammensetzt.
Für eine typische Wende wird aus logischen Gründen eine Wende in der horizontalen Ebene herangezogen. Dazu das Beispiel F-16 auf 15000 Fuß:

Wie man sieht, erreicht die F-16 in diesem Fall (Ps=0 FPS) bei 0,85 Mach knapp über 7G "sustained (=ohne Geschwindigkeitsverlust) turn rate".
Bei gleichen Bedingungen, aber nun 5000 Fuß erreicht F-16 bei einer Masse von 9,5 Tonnen bereits die 9G-Marke.
http://www.f-16.net/attachments/f-16-a-1.jpg
Und auf Meereshöhe sind die 9G sogar (zumindest für kurze Zeit) mit einem Steiflug von 400FPS kombinierbar.
http://www.f-16.net/attachments/46_42787_652786df417fac4.gif

[Delta]

Was du hier darstellst imo nicht viel mit Wendigkeit zu tun, sondern mehr mit möglichen, stationär erfliegbaren Lastvielfachen und damit stationärem Kurvenflug. Daraus lassen sich zwar einige Dinge ableiten wie maximale Kurvenrate bei Geschwindigkeit x in Höhe h (u.a. = Kurvenradius), das sind aber reine Flugleistungen. Unter Wendigkeit wurde ich auch flugdynamische Eigenschaften wie Roll- und Nickrate subsummieren, sprich wie schnell sich der Kurvenflug einleiten lässt.

Zur Errechenbarkeit:

L/D ist ein (wie du schon sagtest geschwindigkeits- aber auch höhenabhängiger) Metawert. Wenn Höhe und Geschwindigkeit nicht bekannt sind, würde ich den nicht zur Vergleichbarkeit heranziehen, weil die L/D- Kurve aus dem Verhältnis aus einer linearen zu einer quadratischen Kurve resultiert (dein 2. Bildchen zeigt beide Kurven sehr schön). Ist aber gar nicht so schwer, das für den linearen Teil der blauen Kurve im Bild 2 zu errechnen.

Alles, was wir dafür brauchen ist Kenntnis über:

- Flügelgeometrie: Bezugsfläche (messen), Flügellänge (messen), daraus mittlere Flügeltiefe, daraus Streckung, daraus Korrekturfaktor k, Linearverhältnis Auftriebsbeiwert/AoA;
- Installierter Schub;
- Normatmosphäre (bekannt/definiert)
- einen stationären Flugzustand: Horizontalflug mit bekannter Masse in bekannter Höhe, wir messen AoA und Drosseleinstellung (=Schub)

Aus Masse, Höhe, Geschwindigkeit, AoA, Bezugsfläche, Auftriebsbeiwert zu AoA lässt sich der Auftriebsbeiwert für den Zustand errechnen.
Aus Schub, Höhe, Geschwindigkeit, Bezugsfläche lässt sich der Widerstandsbeiwert für den Zustand errechnen.
Sind beide Beiwerte bekannt, kann der konstante Nullwiderstand des Fliegers berechnet werden und man kann nun jeden stationären Flugzustand für den Linearteil des Auftriebsanstiegs (Ca_0 bis fast Ca_max) berechnen.
Daraus ergibt sich dann die Flugpolare Ca/Cw, die in deinem Bild 2 die rote Kurve in unorthodoxer, der höhen- und geschwindigkeitsunabhängigen Vergleichbarkeit dienenender Darstellung (Cw/AoA) abgetragen ist -> blaue Kurve / rote Kurve = L/D/AoA-Kurve.

[Blash]

Da du dich auf den anderen Thread beziehst, erschließt sich mir auch nicht, was du mit deinen Diagrammen aussagen möchtest.
Im vorhergegangenen Thread sprach ich an, dass durch Richtungsänderung eine Erhöhung des Luftwiderstandes einhergeht und somit sich die Geschwindigkeit (kurzzeitig für die Dauer des Manövers) verändert. Das versuchst du nun mittels der Gleitzahl zu erklären. Trotzdem verstehe ich den Sinn nicht. Delta hat einen sehr guten Überblick über die Verhältnisse gegeben. Ich würde vorschlagen, dass du dich mit dem Thema (es scheint dich ja zu interessieren und Grundkenntnisse hast du ebenfalls) weiter zu beschäftigen. Zu deinem Rechenbeispiel, wenn der Flieger ein Manöver macht, verliert er Auftrieb. Dein Diagramm ist im Prinzip ein Labordiagramm.

Tante Edit sagt:
Nehms mir nich krumm, aber wie gesagt, wenn es dich interessiert beschäftige dich mehr damit, aber antworte nicht so aggressiv auf Posts, von denen du nicht 100% Ahnung hast.
Zweite Tante sagt: Teil des Posts gestrichen, wegen Ungereimtheiten zwischen deutschen und englischen Bezeichnungen. Ab jetzt bleibe ich beim deutschen.


Der Beitrag wurde von Blash bearbeitet: 17. Apr 2013, 13:57

[Blash]

Kraut und Rüben.
Ich will mich nun auch um eine konstruktive Antwort bemühen:

Ich bin kein Flugzeugbauer, deswegen musste ich mir erstmal die Terminoligie reinziehen.

L/D ist das Lift/Drag Ratio. Auftrieb im Verhältnis zum induzierten Luftwiderstand.
Die Auftriebskräfte (Lift) wirken als Normalenvektor auf dem Tragflügel. Entgegengesetzt der Zentrifugalkraft beim Kurvenflug. Das Verhältnis von Auftrieb und der Summe der entgegen gerichteten Kräfte (Zentrifugalkraft + Gewichtskraft) ist das Lastvielfache, die g-Kraft.

Das zweite Diagramm bedenkt nicht, dass beim Rollen um die Längsachse der Anteil des Ausftriebs mit dem cos des Rollwinkels abnimmt im Verhältnis zur Gewichtskraft, welche noch immer am Flieger nach unten zerrt.
Somit verliert der Flieger bei jedem Manöver Auftrieb, welcher ihn auf Höhe hält (ich gehe jetzt vom Rollen um die Längsachse aus), bis zum negativen Maximum, welches erreicht ist bei 90° um die x-Achse gerollt, oder steil gen Himmel fliegend. Das Diagramm wirkt auf mich, wie ein Labordiagramm für ein Tragflügelprofil, aber sicher nicht wie eine Prognose des L/D für ein ganzes Flugzeug.

Das ist das Erste, was beim fliegen einer Kurve passiert.

Gleichzeitig erhöht sich der Luftwiderstand, da das Flugzeug nicht mehr ideal in der Strömung liegt, sondern Teile seines Rumpfes, oder was weiß ich, in die Strömung legt. Alles kein Problem, die Teile haben Power. Trotzdem wird der liebe Jet bei jeder Kurve für den Moment langsamer. Das ist so lange unumstößlich, bis es eine Software gibt, welche live bei jeder Bewegung alle Umgebungsparameter aufnimmt und eine umfassende Analyse erstellt, welche sofort in eine Erhöhung des Schubes eingeht, um somit V const zu halten.

Du hast dir Mühe gegeben den Sachverhalt zu erklären, aber leider ist solch ein Thema deutlich komplexer. Sicher kann man nicht in einem Forum mittels 1-2 überschlagenen Berechnungen oder 3er Diagramme prognostizieren, wie sich ein Flieger exakt beim Kurvenflug verhält. Das habe ich im letzten Thread versucht klar zu machen, indem ich ein paar Stichworte in den Raum gestellt habe. Ich habe den Eindruck, dass du aber auf Teufel komm raus zeigen willst, wie schlau du bist, da du mein Angebot über PN weiter zu reden aus den Wind geschlagen hast. Den Eindruck hatte ich auch im letzten Thread bei den Posts zur Flugbewegung. Ich habe aber weder die Zeit, noch die Muße alles bis ins kleinste Detail zu erklären, weshalb ich versuche es einfach zu halten. Eben damit es jeder verstehen kann und nicht nur die Pseudo-Schlauen.

Also, wenn du mit deinem Post beweisen willst, dass keine Reduktion der Geschwindigkeit stattfindet, gehe ich auf den Thread nicht weiter ein, weil es den physikalischen Grundsätzen widerspricht. Falls dem nicht so ist, beteilige ich mich gerne weiter hier und wir sammeln Infos zur Umströmung eines Flugzeuges.

Der Beitrag wurde von Blash bearbeitet: 17. Apr 2013, 17:54

[mph]

Tja, ich glaube mit Blash zu diskutieren bringt nicht viel.
Der findet irgendwo das Haar in der Suppe und hängst sich und andere daran auf.

Wenn ein Flieger sich auf die Seite legt, dann ist das erste was er tut Höhe verlieren. Das macht ihn schneller.
Das hab ich selbst schon in natura ausprobiert...

Aber das ganze is eigentlich egal.

Ich weiß, daß Piloten sowas (Auftriebsverlustkompensation und Schubanpassung für die "Reibung" bzw. Höhengewinn) im Griff haben weil die Ausbildung/Erfahrung das einfach bedingt/bringt.

Blash, solche Diagramme gibt es für jeden Flieger zu "Hunderten", für jede Dichtehöhe und wohl auch Fliegermasse.
Die sind nicht theoretisch, sondern Meßergebnisse aus der Praxis.

Wegen der "Reibung" möchte ich von Dir erklärt haben wie Du es in hügeligem Gelände mit dem Auto hällst:
Schaffst Du es ohne mit dem Tempomat zu schummeln die Geschwindigkeit konstant zu halten?
Wieviel Konzentration mußt Du dafür aufwenden?
Bist Du selbst vielleicht besser als der Tempomat?
Spielen sich die von Dir kritisierten Punkte/Faktoren quantiativ in einem relevanten Bereich ab?
Um es kurz zu machen: das von Dir kritisierte Verhalten ist seit den 80ern (vulgo 4.Generation) "out".

BTT:
Mit Verfügbarkeit von Kurzstreckenraketen der neueren Generation verliert die "sustained turnrate" an wichtigkeit.
WichtigER wird die "instantenous turnrate". Das hat den Hintergrund, daß die Zeitdauer die ein Pilot aufwenden muß um einen Schuß platzieren zu können immer geringer wird.
Früher waren das einige Minuten, zukünftig könnte sich das auf einige Sekunden (30-5s) reduzieren. Das entwickelt sich dann in Richtung "point and shoot".

Interessant ist, daß F-16-Piloten sagen das in Flugbereichen wo man die F16 wirklich gut einschätzt sie von einer Rafale ausgestochen wird.
Besonders die Leichtigkeit & Schnelligkeit mit der die Rafale die Nase in die gewünschte Richtung steckt scheint zu beeindrucken.

Im zweiten Weltkrieg haben bedrängte Me-109-Piloten einfach den Steuerknüppel nach vorne gedrückt "bis die Augäpfel aus den Höhlen quollen". Bei dem Manöver unterbrach der Spitfire-Vergaserschwimmer die Benzinzufuhr und die 109er konnte so entkommen. Wenn der Engländer die Mühle auf den Rücken drehte um das "verschlucken" zu verhindern verlor er zusammen mit der zweiten Rolle (um mit der 109er wieder gleichlagig zu werden) genug Geschwindigkeit sodas die 109er zumeist trotzdem entkommen konnte. Das war so "annoying" das die Engländer den "Versager" so umgebaut haben das das Problem gelöst wurde.

[Kameratt]

Was du hier darstellst imo nicht viel mit Wendigkeit zu tun, sondern mehr mit möglichen, stationär erfliegbaren Lastvielfachen und damit stationärem Kurvenflug.
Daraus lassen sich zwar einige Dinge ableiten wie maximale Kurvenrate bei Geschwindigkeit x in Höhe h (u.a. = Kurvenradius), das sind aber reine Flugleistungen. Unter Wendigkeit wurde ich auch flugdynamische Eigenschaften wie Roll- und Nickrate subsummieren, sprich wie schnell sich der Kurvenflug einleiten lässt.

Das ist richtig. Meiner Meinung nach ist die "sustained turn rate" immer noch eine der wichtigsten Größen für die Beurteilung der Wendigkeit, weil es - sofern ein Luftkampf im WVR-Bereich nicht kurzfristig zu Ende ist - letztendlich alles auf sie hinaus läuft. Natürlich haben auch kurzfristig mögliche Wenderaten, Rollraten, Steigleistungen, die Geschwindigkeit, mit der ein Lastvielfaches erst aufgebaut werden kann eine große Rolle. Doch mit irgendetwas muss man ja auch anfangen.

L/D ist ein (wie du schon sagtest geschwindigkeits- aber auch höhenabhängiger) Metawert.

Soweit ich weiß, ist er nicht wirklich höhenabhänig: In absoluten Zahlen schon, weil mit zunehmender Höhe man mehr Geschwindigkeit benötigt, um einen bestimmten L/D-Wert zu erreichen. Von der Seite der CAS-Geschwindigkeit ist er aber bei der Variation der Höhe gleich, solange man nicht in einen hohen Mach-Bereich gerät und hier andere Faktoren an Gewichtung gewinnen.

Wenn Höhe und Geschwindigkeit nicht bekannt sind, würde ich den nicht zur Vergleichbarkeit heranziehen, weil die L/D- Kurve aus dem Verhältnis aus einer linearen zu einer quadratischen Kurve resultiert (dein 2. Bildchen zeigt beide Kurven sehr schön). Ist aber gar nicht so schwer, das für den linearen Teil der blauen Kurve im Bild 2 zu errechnen.

Alles, was wir dafür brauchen ist Kenntnis über:

- Flügelgeometrie: Bezugsfläche (messen), Flügellänge (messen), daraus mittlere Flügeltiefe, daraus Streckung, daraus Korrekturfaktor k, Linearverhältnis Auftriebsbeiwert/AoA;
- Installierter Schub;
- Normatmosphäre (bekannt/definiert)
- einen stationären Flugzustand: Horizontalflug mit bekannter Masse in bekannter Höhe, wir messen AoA und Drosseleinstellung (=Schub)

Aus Masse, Höhe, Geschwindigkeit, AoA, Bezugsfläche, Auftriebsbeiwert zu AoA lässt sich der Auftriebsbeiwert für den Zustand errechnen.
Aus Schub, Höhe, Geschwindigkeit, Bezugsfläche lässt sich der Widerstandsbeiwert für den Zustand errechnen.
Sind beide Beiwerte bekannt, kann der konstante Nullwiderstand des Fliegers berechnet werden und man kann nun jeden stationären Flugzustand für den Linearteil des Auftriebsanstiegs (Ca_0 bis fast Ca_max) berechnen.
Daraus ergibt sich dann die Flugpolare Ca/Cw, die in deinem Bild 2 die rote Kurve in unorthodoxer, der höhen- und geschwindigkeitsunabhängigen Vergleichbarkeit dienenender Darstellung (Cw/AoA) abgetragen ist -> blaue Kurve / rote Kurve = L/D/AoA-Kurve.

Das wäre toll, wenn man all die Daten hätte. Hat man aber leider nicht und muss sie teilweise schätzen. Zum Beispiel ist aus dem Manual der Su-27 zu entnehman, dass sie im Geschwindigkeitsbereich bis 0,85 Mach "sustained" bis zu 171 Tonnen aushalten kann. Aus dem Manual der AL-31F-Triebwerke kann man entnehmen, dass diese in Bodennähe bei 0,85M ziemlich genau den nominalen Schub von 12,5 Tonnen entwickeln. 171/25=6,84 ergibt also das L/D, dass bei solchen 9G-Manövern vorhanden sein muss.

[Kameratt]

Da du dich auf den anderen Thread beziehst, erschließt sich mir auch nicht, was du mit deinen Diagrammen aussagen möchtest.

Dass dauerhaft hohe G-Kräfte nicht mit einer Verminderung der Geschwindigkeit verbunden sein müssen!

Im vorhergegangenen Thread sprach ich an, dass durch Richtungsänderung eine Erhöhung des Luftwiderstandes einhergeht und somit sich die Geschwindigkeit (kurzzeitig für die Dauer des Manövers) verändert.

Und wenn sich die Dauer einer Manövers (theoretisch) unendlich lang ziehen kann? Deine Sichtweise schließt das vollkommen aus, während die Daten der F-16 z.B. sogar ein ständiges 9G-Manöver in 5000 Fuß Höhe erlauben.

Das versuchst du nun mittels der Gleitzahl zu erklären. .

Die Gleitzahl ist nur ein Teilaspekt des L/D ratios (bzw. nur der Name des Artikels der deutschen Wikipedia, der mit dem englischen L/D verlinkt ist), das bei jeder Fluglage von Relevanz ist.

Die Auftriebskräfte (Lift) wirken als Normalenvektor auf dem Tragflügel. Entgegengesetzt der Zentrifugalkraft beim Kurvenflug. Das Verhältnis von Auftrieb und der Summe der entgegen gerichteten Kräfte (Zentrifugalkraft + Gewichtskraft) ist das Lastvielfache, die g-Kraft.

Häää?
Das Lastvielfache ist das Verhältnis der tatsächlichen (Zentrifugal+Gravitation) Kraft zur Gravitationskraft.
Der Auftrieb ist die Gegenkomponente zu Zentrifugal+Gravitation und wirkt bei einem Kurvenflug als Zentripetalkraft

Das zweite Diagramm bedenkt nicht, dass beim Rollen um die Längsachse der Anteil des Ausftriebs mit dem cos des Rollwinkels abnimmt im Verhältnis zur Gewichtskraft, welche noch immer am Flieger nach unten zerrt.
Somit verliert der Flieger bei jedem Manöver Auftrieb, welcher ihn auf Höhe hält (ich gehe jetzt vom Rollen um die Längsachse aus), bis zum negativen Maximum, welches erreicht ist bei 90° um die x-Achse gerollt,

Wenn man es nicht will, muss da auch nichts an Höhe verloren werden. Der Betrag der Erdbeschleunigung ist bei 9G (die selbstverständlich durch den Auftrieb des Flugzeugs erzugt werden) beinahe vernachlässigbar.
Bei einem 9G-Vektor kann man 1G senkrecht nach unten abzweigen, während 8,94G weiterhin die horizontale Kompontente darstellen.
Bei 7G würden horizontal immer noch 6,93; bei 5G 4,9G übrigbleiben. Pythagoras...
Wie man sieht, ist es für ein wendiges Flugzeug überhaupt kein Problem wendig zu sein und dabei nicht an Höhe zu verlieren. Zumindest in niedrigen Höhen. Irgendwo in 15 Kilometern Höhe, wo man nur 2G ziehen kann, sieht es anders aus, aber darum gehts nicht. Brauchst ja auch keine 90°, wenn es mit 85° machen kann.

Gleichzeitig erhöht sich der Luftwiderstand, da das Flugzeug nicht mehr ideal in der Strömung liegt, sondern Teile seines Rumpfes, oder was weiß ich, in die Strömung legt. Alles kein Problem, die Teile haben Power. Trotzdem wird der liebe Jet bei jeder Kurve für den Moment langsamer. Das ist so lange unumstößlich, bis es eine Software gibt, welche live bei jeder Bewegung alle Umgebungsparameter aufnimmt und eine umfassende Analyse erstellt, welche sofort in eine Erhöhung des Schubes eingeht, um somit V const zu halten.

Jetzt hast du von deiner ursprünglichen Aussage, dass ein Kampfflugzeug bei solchen Manövern unweigerlich im signifikanten Ausmaße an Geschwindigkeit verlieren muss und damit anfälliger für den Beschuss eines Flakpanzers wird, Abstand genommen und argumentierst nur noch mit dem fehlenden "Echtzeit-Schub-Management" im Millisekundenbereich. Was soll man dazu sagen? Dass es für einen halbwegs nüchternen Piloten kein Problem darstellt, sich in eine Kurve zu legen und dabei Geschwindigkeit und Höhe konstant zu halten? Genauso wie es für Autofahrer kein Problem darstellt, die Geschwindigkeit unabhängig vom Wind oder Steigung halbwegs konstant zu halten und die erllaubte Höchstgeschwindigkeit im signifikanten Ausmaße weder zu überschreiten noch zu unterschreiten? Oder dass man evtl. den Schub schon beim Einleiten eines Manövers maximiert, sodass er im Folgenden überschüssig zur Verfügung steht?
Also wenn es dir bei all dieser Wichtigtuerei und moralischer Predigt um die paar Zerkwetschte ging, die hier und da mal Auftreten können...
Aber diese sind wiederum für eine Flak von keiner Relevanz...

[Parsifal]

Strukturiert das Ganze doch mal etwas sodass es jemand kapiert der sich per Auto oder Fahrrad täglich durch die Welt bewegt.


1.Was wäre denn am Flugzeug vergleichbar mit der Seitenführung des Reifens den es braucht damit ein Auto nicht aus der Kurve fliegt.

2.Gibt es beim Flugzeug etwas wie ein Unter oder Übersteuern wie beim Autofahren, und wenn ja an was beeinflusst es?

3. Kurzer Radstand ist instabil aber wendig und langer Radstand läuft stabil und ruhig - wie ist das beim Flugzeug technisch zu vergleichen?

4. Frontantrieb, Hecktanrieb und Allrad beim Auto - wie ist das beim Flugzeug gelöst und wie wirkt sich das auf die Dynamik aus?

5. Achslast - wie sieht das beim Flugzeug aus und hat es was mit der Trimmung zu tun?


So wie es bisher hier geführt wird, ists etwas konfus und bringt einem fachfremden ohnehin keinen Mehrwert. Anders gehts bei der Sendung mit der Maus. Einfach erklärt aber dafür korrekt und "jeder" kapierts.

[Delta]

1. Allgemeines: Mein Studium in dem Bereich ist jetzt bald 10 Jahre her und ich arbeite nicht mehr auf dem Feld. Ich beteilige mich hier an der Diskussion, weil ich mal wieder Lust hatte, mich bisschen damit zu beschäftigen und altes Wissen auszugraben. Habe Flugmechanik immer gemocht. Nur um klarzustelle, dass ich das an der Lust an der Rechenaufgabe mache, nicht, um ungefragt jemand ans Bein zu pinkeln.

2. Die Wichtigkeit der sustainable max g in der Luftkampfarena ist unbestritten. Zusammen mit dem Schub/Gewichtverhältnis kann man schon ganz brauchbare Vergleiche für den Ausgang eines Kurvenkampfs anstellen.

3. L/D Höhenabhängigkeit: Ich muss mit den deutschen Variablen arbeiten, sonst komm ich draus: L = A (Auftrieb), D = W (Widerstand)
W = Cw q S (Cw Widerstandsbeiwert, q Staudruck, S Bezugsfläche)
A = Ca q S (Ca Auftriebsbeiwert)
Cw = Cw_0 + k Ca^2 (Cw_0 Nullwiderstand, k Korrekturfaktor)
...
q = 0,5 rho v^2 (rho Luftdichte, v Geschwindigkeit)

für stationären Horizontalflug gilt demnach (Cw eliminiert):

D = W = (Cw_0 + k Ca^2) q S
L = A = Ca q S
L = A = mg (m Masse, g Erdbeschleunigung)

L/D = Ca q S / (Cw_0 + k Ca^2) q S
=> L/D = Ca / (Cw_0 + k Ca^2)

Ca eliminieren mit Ca = mg/ (q S )

=> L/D = mg / [(q S) * [Cw_0 + k (mg^2/(qS)^2))]] (1)

Wenn ich mich jetzt nirgends vertan hab, dann ist L/D abhängig von:
Masse m = konst
Erdbeschleunigung g = konst
Bezugsfläche S = konst
Korrekturfaktor k = konst

Bleibt nur noch die variable Abhängigkeit vom Staudruck q. Der wiederum ist abhängig vom Produkt aus Luftdichte und dem Quadrat der Geschwindigkeit. Die Luftdichte ist abhängig von der Höhe (nichtlinearer Zusammenhang). Gleichung (1) ist unübersichtlich genug, wenn ich aber den Nenner ausmultipliziere, bleibt die Summe: qS Cw_0 + k (mg^2/(qS)).
Interpretation: Ein bestimmter Staudruck q kann in verschiedenen Höhen erflogen werden. Mit zunehmender Höhe (abnehmende Luftdichte) wird dann die passende Geschwindigkeit quadratisch größer, so lange der instalierte Schub ausreicht. Für eine Höhe gibt es nur eine passende Geschwindigkeit, es gibt also eine direkte Abhängigkeit zwischen diesen beiden Variablen, wobei beide für die L/D-Beziehung eben Variablen sind. Bedeutet für das L/D-Verhältnis, dass ich in jeder Höhe die Geschwindigkeit so verändern kann, dass ich den gleichen Wert erreiche (innerhalb der Enveloppe). Die übliche Art, so etwas in ein Schaubild einzutragen, wäre in ein H-v-Diagramm. Dabei ergeben sich unendlich viele Kurven gleichen L/D-Verhältnis, vergleichbar den Diagrammen gleicher Steigleistung, gleicher g-Werte etc (dein letztes Bild im ersten Post zeigt so ein Monster)
Weitere Interpretation: Je höher der Staudruck, desto marginaler wird der Beitrag des induzierten Widerstands kCa^2. Das ist eine rein qualitative Aussage, müsste man in einem Schaubild zeigen, ob und wie sich das innerhalb der Flugenveloppe auswirkt.

4. Es ging der Luft- und Raumfahrttechniker mit mir durch. IdR haben wir diese Werte, sonst bräuchten wir gar nicht ernsthaft zu arbeiten anfangen. Dass sowas oftmals nicht öffentlich verfügbar ist, ist ne andere Geschichte.

/edit: Ca = Ca_alpha * alpha (Da hatte sich nen + eingeschlichen, davon abgesehen, dass die Zeile nicht nötig war.)

Der Beitrag wurde von Delta bearbeitet: 18. Apr 2013, 02:42

[Delta]

Strukturiert das Ganze doch mal etwas sodass es jemand kapiert der sich per Auto oder Fahrrad täglich durch die Welt bewegt.


1.Was wäre denn am Flugzeug vergleichbar mit der Seitenführung des Reifens den es braucht damit ein Auto nicht aus der Kurve fliegt.
Der Auftrieb bzw. das Lastvielfache. Fliegst du geradeaus, dann zerrt der Flügel dich nach oben, genau mit der Kraft, die deine Gewichtskraft ausgleicht. Das entsprcht 1g. Willst du eine Kurve fliegen, dann rollst du den Flieger zunächst etwas und ziehst dann. Der Flügel erzeugt nun zwei Kraftkomponenten. Eine nach oben, die hält dich auf der Höhe, eine zum Kurvenmittelpunkt gerichtet, die entspricht der Zentripetalkraft und bestimmt, wie klein dein Kurvenradius wird. In der Addition zeigt die resultierende Kraft auf einen Punkt über dem Kurvenmittelpunkt. Diese Resultierende ist bei gleichbleibender Höhe und Geschwindigkeit größer als die Gewichtskraft. Du ziehst x g (>1). Das ist das, was dich beim Flieger in Kurven in den Sitz drückt. Um die Höhe zu halten muss die Auftriebskomponente gleich bleiben, die zusätzliche Kraft Richtung Kurvenmittelpunkt muss durch mehr Schub ausgeglichen werden, sonst verlierst du an Geschwindigkeit.

2.Gibt es beim Flugzeug etwas wie ein Unter oder Übersteuern wie beim Autofahren, und wenn ja an was beeinflusst es?
Da ein Flieger keine Reifen hat, greift die Resultierende in einem Punkt nahe der Flugzeugmitte an. Ein Über- bzw. Untersteuern in dem Sinne gibt es also nicht. Die begrenzenden Faktoren sind der maximale Schub und die maximale Tragflächenlast. Geht dir ersteres aus, dann verlierst du an Höhe bzw. Geschwindigkeit (Untersteuern). Bei zweiterem knicken dir die Flügel ab (auch irgendwie Untersteuern). Ein Übersteuern wäre, wenn du zwar noch Schubreserve hast, aber das Querruder nicht mehr Kurve einleiten kann, weils zu klein ist und den Flügel nicht mehr gegen den Wind anstellen kann. Dann wird bei maximalem Ziehen der Kreis immer größer, je mehr du Schub gibst.

3. Kurzer Radstand ist instabil aber wendig und langer Radstand läuft stabil und ruhig - wie ist das beim Flugzeug technisch zu vergleichen?
4. Frontantrieb, Hecktanrieb und Allrad beim Auto - wie ist das beim Flugzeug gelöst und wie wirkt sich das auf die Dynamik aus?
Frage der Flugdynamik. Das Stichwort heisst Längsstabilität und wird durch den Abstand und die Lage des zentralen Kraftantriebspunkts zum Schwerpunkt beschrieben. Man kann es auch Windfahnenstabilität nennen. Eine stabile Konfiguration hat den Kraftangriffspunkt (= Neutralpunkt) hinter dem Schwerpunkt. Dadurch versucht das Flugzeug Störungen um die Nickachse (und auch Querruderausschläge) auszugleichen (rückstellendes Moment). Ziehst du beispielsweise kurz am Ruder und lässt los, dann dreht sich der Flieger wieder von selbst in die Horizontale. Das ist gutmütig aber lahm. Liegt der Neutralpunkt jedoch vor dem Schwerpunkt, so ist das vergleichbar einem Wetterhahn, der mit dem Arsch zum Wind steht. Der dreht sich bei jeder Böe verdammt schnell um 180°, wenn er nicht über Ruder zurückgestellt wird. (Bsp. Eurofighter im Unterschallbereich)

5. Achslast - wie sieht das beim Flugzeug aus und hat es was mit der Trimmung zu tun?
Bzgl. Trimmung siehe 3. und 4. Damit verstellt du u.a. den Abstand Neutralpunkt-Schwerpunkt. Die Achslast ist höchstens vergleichbar mit der Flächenlast. Das ist die maximale Kraft, die in einen qm Flügel eingeleitet werden kann. Je größer die Flächenlast, desto ruhiger liegt der Bock in der Luft. Dafür muss er auch schneller fliegen, um den nötigen Auftrieb zu erzeugen. (Backstein mit genug Schub und so...)


So wie es bisher hier geführt wird, ists etwas konfus und bringt einem fachfremden ohnehin keinen Mehrwert. Anders gehts bei der Sendung mit der Maus. Einfach erklärt aber dafür korrekt und "jeder" kapierts.

Alles etwas vereinfacht aber hinreichend genau dargestellt.

[Blash]

Tja, ich glaube mit Blash zu diskutieren bringt nicht viel.
Der findet irgendwo das Haar in der Suppe und hängst sich und andere daran auf.

Lass jetzt mal die Sprüche, darüber sind wir hinaus.

Wenn ein Flieger sich auf die Seite legt, dann ist das erste was er tut Höhe verlieren. Das macht ihn schneller.
Das hab ich selbst schon in natura ausprobiert...

Aber das ganze is eigentlich egal.

Egal ist das nicht, sondern logisch. Da du Auftrieb verlierst, sackst du nach unten durch. Die Erdbeschleunigung hilft dir und beschleunigt dich.

Ich weiß, daß Piloten sowas (Auftriebsverlustkompensation und Schubanpassung für die "Reibung" bzw. Höhengewinn) im Griff haben weil die Ausbildung/Erfahrung das einfach bedingt/bringt.

Blash, solche Diagramme gibt es für jeden Flieger zu "Hunderten", für jede Dichtehöhe und wohl auch Fliegermasse.
Die sind nicht theoretisch, sondern Meßergebnisse aus der Praxis.

Wegen der "Reibung" möchte ich von Dir erklärt haben wie Du es in hügeligem Gelände mit dem Auto hällst:
Schaffst Du es ohne mit dem Tempomat zu schummeln die Geschwindigkeit konstant zu halten?
Wieviel Konzentration mußt Du dafür aufwenden?
Bist Du selbst vielleicht besser als der Tempomat?
Spielen sich die von Dir kritisierten Punkte/Faktoren quantiativ in einem relevanten Bereich ab?
Um es kurz zu machen: das von Dir kritisierte Verhalten ist seit den 80ern (vulgo 4.Generation) "out".
.

Ich wohne im Norden, hier gibt es keine Hügel. Sag du es mir, anscheinend bist du Kampfpilot. Kannst du in einer Situation, in der du beschossen wirst innerhalb des Bruchteils der Sekunde, in dem du dein 3 dimensionales Ausweichmanöver vollführst, auch dran denken den Schub richtig anzupassen? Ich bin kein Kampfpilot, ich dachte eher, dass die Jungs im Ernstfall eh auf Gefechtsgeschwindigkeit sind, was "Hebel aufm Tisch" bedeutet.
Zu sagen, dass irgendwas "out" ist, oder die Leute "das im Griff" haben, hilft imo gerade nicht viel, da hier ja 2-3 Leute sind, die es genauer wissen möchten.
Fakten, Fakten, Fakten.

Dass dauerhaft hohe G-Kräfte nicht mit einer Verminderung der Geschwindigkeit verbunden sein müssen!

Ich habe nie von dauerhaften g-Kräften gesprochen. Was soll das sein? Ernsthaft. Ein dauerhafter Kreis der geflogen wird?
Ich finde es (erstmal) relativ uninteressant, was der Flieger bei dauerhaften 9g macht. Das Beispiel war, dass eine abrupte Situationsänderung eintrifft und nicht, dass der Flieger Kreisbahnen zieht, oder?

Häää?
Das Lastvielfache ist das Verhältnis der tatsächlichen (Zentrifugal+Gravitation) Kraft zur Gravitationskraft.
Der Auftrieb ist die Gegenkomponente zu Zentrifugal+Gravitation und wirkt bei einem Kurvenflug als Zentripetalkraft

Da haben wir uns beide verhauen.
Das Lastvielfache (n) ist das Verhältnis von Auftriebskraft L zu Gewichtskraft W. n= L/W
W ist Masse mal Erdbeschleunigung : W=m*g
Auftriebskraft besteht aus der (negativen) Gewichtskraft addiert mit der Zentripetalkraft.

Jetzt hast du von deiner ursprünglichen Aussage, dass ein Kampfflugzeug bei solchen Manövern unweigerlich im signifikanten Ausmaße an Geschwindigkeit verlieren muss und damit anfälliger für den Beschuss eines Flakpanzers wird, Abstand genommen und argumentierst nur noch mit dem fehlenden "Echtzeit-Schub-Management" im Millisekundenbereich. Was soll man dazu sagen?

Nein, nein nicht im geringsten. Ich bin noch immer bei meiner These, dass durch ein Manöver (Auf die Seite legen und Kurve einleiten) der Luftwiderstand ansteigt und einen Dämpfer verpasst.
Ich rede zudem die ganze Zeit von 6 Freiheitsgraden beim Flieger, die er auch nutzt und nicht von dauerhaften Kreis fliegen. Es wäre unseriös einen Wert zu schätzen, was die Widerstandserhöhung angeht, aber ich denke schon, dass es relevante Auswirkungen auf die Momentangeschwindigkeit hat. Und da die sehr hoch sind, können die Diskrepanzen beim letztendlichen Standort auch groß ausfallen.
Du interpretierst ein bisschen viel in meine Antworten.

Der Beitrag wurde von Blash bearbeitet: 18. Apr 2013, 08:02

[Parsifal]

Danke Delta, das ist prima erklärt.