Aerodynamik des Seitenleitwerkes

11.31 Beitrag des Seitenleitwerkes zur Luftkraft
des ganzen Flugzeuges

Schiebeflug. Uber die Aufgabe und die Geometrie des Seitenleitwerkes wurde bereits in Кар. 11.1 berichtet. Nach Abb. 11.43 erfahrt das Seiten – leitwerk bei unsymmetrischer Anstromung des Flugzeuges unter dem Schiebewinkel /? eine Seitenkraft Ys. Wegen ihres grofien Hebelarmes bringt diese Seitenkraft den iiberwiegenden Anteil zum Schiebegier – moment des ganzen Flugzeuges. Dariiber hinaus aber tragt das Seiten – leitwerk auch zur Schiebeseitenkraft und zum Schieberollmoment des Flugzeuges bei. Der Beitrag des Seitenleitwerkes zum Schiebegiermoment des Flugzeuges ist

Ns= – r’sYs, (11.56)

wobei r’s nach Abb. 11.43 den Abstand der Seitenkraft des Seiten­leitwerkes von der Momentenbezugsachse bedeutet, die im allgemeinen mit der Hochachse durch den Flugzeugschwerpunkt zusammenfallt.

Wir fuhren nun in gleicher Weise wie beim Hohenleitwerk, Gin. (11.2) und (11.3), fur die Seitenkraft Ys und das Giermoment Ns des Seiten­leitwerkes dimensionslose Beiwerte ein durch[70]:

Ys = c0SFsqs, (11.57)

Ns = cNSFsq. (11.58)

Dabei bedeutet qs den Staudruck am Ort des Seitenleitwerkes, der im allgemeinen infolge der Beeinflussung des Seitenleitwerkes durch Fliigel und Rumpf kleiner ist als der Flugstaudruck q (= Staudruck der ungestorten Stromung). Der auf die FliigelgroBen bezogene Giermomen – tenbeiwert des Leitwerkes ergibt sich somit aus den Gin. (11.56), (11.57) und (11.58) zu:

Cxs = – caS^f. (11.59)

Der Auftriebsbeiwert des Seitenleitwerkes caS hangt auBer von den geometrischen Daten des Seitenleitwerkes von seinem Anstellwinkel ocs (Schiebewinkel fis) und dem Seitenruderausschlag rjs ab. Somit gilt fur den Auftriebsbeiwert des Seitenleitwerkes in Analogie zu Gl. (11.5):

Dabei bedeutet dcaSldocs den Auftriebsanstieg des unbeeinfluBten Seitenleitwerkes und (docsldrjs)r]s die Anderung der Nullauftriebsrichtung des Seitenleitwerkes infolge Ruderausschlages.

In manchen Fallen ist der Zustromwinkel des Seitenleitwerkes ps erheblich verschieden vom Schiebewinkel des Flugzeuges /?, weil das Seitenleitwerk von Fliigel und Rumpf beeinfluBt wird (Interferenz). Diese beiden Zustromwinkel unterscheiden sich nach Abb. 11.43 durch den Seitenwindwinkel pv = v/U^, der von Fliigel und Rumpf am Ort des Seitenleitwerkes induziert wird. Es gilt:

& = /? + &• (плі)

Somit ergibt sich fur den Fall, daB der Seitenruderausschlag gleich Null ist (t]s = 0), fiir den Beitrag des Seitenleitwerkes zum Giermoment aus den Gin. (11.59) bis (11.61):

%s= – t^(£ + ft)f (1L62)

d(x8 q Jfr s

Hieraus erhalt man fur die Giermomentenanderung mit dem Schiebe­winkel (Beitrag des Seitenleitwerkes zur Richtungsstabilitat, Кар. 5.33):

3cns _ _ d, caS I. dp0 qsls? s_ /44 fiou

dp docs + dp j q F s ‘ ( • ^)

Wir bezeichnen die GroBe

als Wirkungsfaktor des Seitenleitwerkes. Aus Gl. (11.63) entnimmt man, daB der Beitrag des Seitenleitwerkes zur Richtungsstabilitat diesem Wirkungsfaktor proportional ist.

Um den Beitrag des Seitenleitwerkes zur Seitenkraft des ganzen Flug­zeuges anzugeben, definieren wir analog zu Gl. (11.10) fur das Hohen – leitwerk den Seitenkraftbeiwert des Seitenleitwerkes durch:

Ys = cY8Fq. (11.65)

Analog zu Gl. (11.63) folgt fur den Beitrag des Seitenleitwerkes zur Schiebeseitenkraft:

d°YS __ d>ca8 L дрЛ q^ Fs dp d(xs Т dp J q F 1

Hiernach ist also auch der Beitrag des Seitenleitwerkes zur Schiebe – seitenkraft proportional zum Wirkungsfaktor des Seitenleitwerkes.

Das Seitenleitwerk tragt im allgemeinen auch zum Schieberoll – moment bei, weil der Angriffspunkt der Seitenkraft des Seitenleitwerkes meist betrachtlich oberhalb der Flugzeuglangsachse liegt.

Gierbewegung. Neben dem bisher betrachteten Schiebeflug hat auch die Drehbewegung des Flugzeuges um die Hochachse (Gierbewegung) fur die Aerodynamik des Seitenleitwerkes eine groBe Bedeutung. Eine Drehbewegung um die Hochachse mit der Drehgeschwindigkeit co2 erzeugt am Seitenleitwerk einen Schiebewinkel

Mit der dimensionslosen Gierwinkelgeschwindigkeit

я. = y* (11-67)

wird

Fiihrt man diesen Ausdruck fur /?s in Gl. (11.62) in Verbindung mit Gl. (11.61) ein, so erhalt man fur die Anderung des Giermomenten – beiwertes mit der Gierwinkelgeschwindigkeit:

d°NS _ dcas Fs

dQz docs q F s )

Man nennt diesen Beiwert den Beitrag des Seitenleitwerkes zur Wende- dampfung. Der Vergleich dieser Formel mit Gl. (11.63) zeigt, daB der Beitrag des Seitenleitwerkes zur Richtungsstabilitat bezuglich der geometrischen Daten zu (Fs/F) • (r’s/s) und derjenige zur Wendedampfung zu (Fs/F) • (r’sls)2 proportional ist.

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