Aerodynamik der Leitwerke

11.1 Einfiihrung in die Aerodynamik der Leitwerke

11.11 Aufgabe der Leitwerke

Die wesentlichen Teile eines Flugzeuges sind Fliigel, Rumpf und Leitwerke. t)ber die Aerodynamik des Fltigels wurde in Кар. V bis VIII ausfuhrlich berichtet, wahrend der Rumpf sowie die gegenseitige Be – einflussung von Fliigel und Rumpf in Кар. IX bzw. X behandelt wurden. Nunmehr soil in Кар. XI und XII die Aerodynamik der Leitwerke er – ortert werden. Im allgemeinen besitzt ein Flugzeug ein Hohenleitwerk, ein Seitenleitwerk und zwei Querruder (Abb. 11.1).

Ein erster wesentlicher Zweck der Leitwerke ist die Steuerung des Flugzeuges, und zwar dient das Hohenleitwerk fur die Steuerung um die Querachse, das Seitenleitwerk und die Querruder fur die Steuerung um die Hoch – und die Langsachse (Abb. 7.59). Die Steuerung des Flugzeuges

H. Schlichting et al., Aerodynamik des Flugzeuges © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2001

erfordert die Herstellung des Momentengleichgewichtes um die ge- nannten drei Achsen, wobei auBer den Luftkraftmomenten auch die Momente der Massenkrafte mitwirken.

Eine andere ebenso wichtige Aufgabe der Leitwerke ist die Stabili – sierung des Flugzeuges. Hierunter verstehen wir, daB das Flugzeug bei einer kleinen Storung des stationaren Flugzustandes das Bestreben haben soil, unter der Einwirkung der Luftkrafte,,von selbst“, d. h. ohne Betatigung der Steuerorgane, in den Ausgangszustand zuriick – zukehren.

Wie bereits in Кар. 5.31 ausgefiihrt wurde, bezeichnet man die Bewegung des Flugzeuges um die Querachse als Langsbewegung und diejenige um die Hoch – und Langsachse als Seitenbewegung. Somit dient das Hohenleitwerk zur Steuerung und Stabilisierung der Langs­bewegung und das Seitenleitwerk sowie die Querruder fur die Steuerung und Stabilisierung der Seitenbewegung.

Im allgemeinen hat jedes der drei Leitwerke die Form eines Klappen- fliigels nach Abb. 6.19, d. h., es besteht aus einem feststehenden Teil, den man bei Hohen – und Seitenleitwerk als Flosse bezeichnet, und einem

beweglichen Teil, dem sogenannten Ruder. In Abb. 11.1 sind Hohen – flosse und Hohenruder, Seitenflosse und Seitenruder sowie die Quer­ruder durch Schraffur gekennzeichnet. Die fur die Steuerung erf order- lichen aerodynamischen Momentenanderungen werden durch Aus – schlag der verschiedenen Ruder erzielt. Beim Hohen – und Seitenleitwerk kann die Momentenanderung auch durch eine Verstellung der Flosse (Flossentrimmung) erreicht werden. Bei vielen Flugzeugen verzichtet
man beim Hohenleitwerk auf die Aufteilung des Leitwerkes in Flosse und Ruder. In diesem Falle wird die Momentenanderung um die Quer – achse durch Verstellung des ganzen Hohenleitwerkes erzielt.

• Um die aerodynamische Wirkung des Hohenleitwerkes aufzuzeigen, ist in Abb. 11.2 fur ein Flugzeug mit und ohne Hohenleitwerk der Auf – triebsbeiwert in Abhangigkeit vom Anstellwinkel und der Momenten – beiwert in Abhangigkeit vom Auftriebsbeiwert dargestellt. Nach Abb. 11.2a ist der Beitrag des Hohenleitwerkes zum Gesamtauftrieb verhaltnismaBig gering. In Abb. 11.2b sind fur das Flugzeug mit Hohenleitwerk die Momentenkurven fiir verschiedene Flossenwinkel eH angegeben. Wie man aus dem Vergleich der Kurven ohne und mit Hohenleitwerk erkennt, bewirkt das Leitwerk bei festgehaltener Flossen- stellung eine betrachtliche Anderung des nach Кар. 5.32 definierten Stabilitatsbeiwertes дсм/дсл im Sinne einer VergroBerung der Stabilitat. Eine Anderung des Flosseneinstellwinkels eH bewirkt lediglich eine Parallelverschiebung der Momentenkurven см(сА).г Falls die Momenten – bezugsachse durch den Schwerpunkt geht, so stellt fiir den stationaren Flugzustand die Gleichung cM = 0 das Momentengleichgewicht um die Querachse dar. Man erkennt aus Abb. 11.2b, daB diese Bedingung bei verschiedenen Auftriebsbeiwerten jeweils durch einen bestimmten Flos­senwinkel eH erfiillt werden kann.

Im folgenden wollen wir die Aerodynamik der Leitwerke in der Weise aufteilen, daB wir in Кар. XI die Leitwerke ohne Ruderausschlag (Stabilisierung) und in Кар. XII die Wirkung der Ruder (Steuerung) behandeln.