Aerodynamik der Ruder und Klappen 12.1 Einfiihrung in die Aerodynamik der Ruder und Klappen

12.11 Aufgabe der Ruder und Klappen

Die Leitwerke eines Flugzeuges haben, wie bereits in Кар. 11.11 erlautert wurde, eine zweifache Aufgabe, namlich die der Stabilisierung und die der Steuerung des Flugzeuges. Im allgemeinen besteht das Leit – werk aus einem feststehenden Teil, den man beim Hohen – und Seiten – leitwerk als Flosse bezeichnet, und einem beweglichen Teil, dem sog. Ruder (Hohenruder, Seitenruder, Querruder nach Abb. 11.1 und 11.3). Die Leitwerke mit feststehendem Ruder dienen der Stabilisierung des Flugzeuges. Die damit zusammenhangenden aerodynamischen Fragen der Leitwerke wurden in Кар. XI ausfuhrlich behandelt. Der Aus – schlag der Ruder bewirkt die Steuerung des Flugzeuges, und zwar das Hohenruder die Steuerung um die Querachse, das Seitenruder und das Querruder die Steuerung um die Hochachse und um die Langsachse.

Abb. 12.1. Zur Geometrie und Aerodynamik des Klappenflugels.

Die geometrische Form der Leitwerke und auch des Querruders isfc die des Klappenflilgels nach Abb. 12.1, vgl. auch Abb. 6.19. Die aero – dynamische Wirkung der Ruder besteht darin, daB durch den Ruder – ausschlag am Leitwerk bzw. am Fliigel ein zusatzlicher Auftrieb er- zeugt wird, welcher die Steuerung des Flugzeuges bewirkt. Die am Ruder angreifenden Luftkrafte ergeben, auf die Ruderdrehachse bezogen, ein Moment, das man als Rudermoment bezeichnet. Wahrend es einer – seits zur Erzielung einer guten Steuerwirkung des Ruders (Ruder – wirkung) erforderlich ist, mit einem bestimmten Ruderausschlag einen moghchst groBen Zusatzauftrieb zu erzeugen, soil andererseits das Rudermoment dabei moglichst klein sein, um die Betatigungskrafte der Ruder klein zu halten. Ein Ruder in der Form des einfachen Klappen-

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

fliigels nach Abb. 12.1 hat verhaltnismaBig groBe Rudermomente. Man hat sich deshalb bemiiht, die Ruderbetatigungsmomente zu verkleinern. Dies wird erreicht durch sog. Ruderausgleiche, wie sie in Abb. 12.2 dargestellt sind. Die wichtigsten Typen der aerodynamischen Ruder­ausgleiche sind der Innenausgleich (Nasenausgleich) nach Abb. 12.2a, das Hilfsruder nach Abb. 12.2b und der AuBenausgleich (Hornausgleich)

nach Abb. 12.2 c. Bei alien Ruderausgleichen ist es wichtig, daB die Auftriebserhohung infolge Ruderausschlag (Ruderwirkung) durch den Ruderausgleich moglichst nicht verkleinert wird.

Der in Abb. 12.1 dargestellte Klappenfliigel findet auBer zur Steuerung des Flugzeuges auch noch Verwendung als Landehilfe. In diesem Fall beruht seine Wirkung darauf, den maximalen Auftriebsbeiwert des Fliigels zu erhohen, um auf diese Weise die Landegeschwindigkeit des Flugzeuges klein zu halten. AuBer der Auftriebserhohung tritt im all – gemeinen auch eine Widerstandserhohung auf. In Abb. 12.3 sind ver­schiedene Ausftihrungsformen solcher Landeklappen dargestellt. Bei den Anordnungen in Abb. 12.3a bis e sind die Klappen im hinteren Teil des Fliigels angebracht, wahrend Abb. 12.3f und g Klappen am vorderen Teil des Fliigels zeigen (Vorfliigel, Nasenklappe). Manche dieser An­ordnungen werden auch als Starthilfe zur Verkiirzung der Startstrecke benutzt.

SchlieBlich mogen noch einige andere Formen von Klappen er – wahnt werden. So zeigt Abb. 12.4 die Anordnung von zwei Brems – klappen auf der Ober – und Unterseite des Fliigels. Sie haben die Form

Abb. 12.3. Zusammenstellung verschiedener Klappen und Ruder, a) Wolbungsklappe; b) Spaltklappe; c) Doppelflugel; d) Fowler-Klappe; e) Spreizklappe; f) Vorfliigel (Slat); g) Kasenklappe.

Abb. 12.4. Bremsklappen auf Ober – und Unterseite eines Fliigels, nach [27].

einer rechteckigen Platte, die senkrecht zur Flugrichtung steht. Die Bremsklappe hat die Aufgabe, den Widerstand des Flugzeuges durch Ausfahren der Bremsklappe stark zu erhohen, um eine erhebliche Ge – schwindigkeitsverminderung und einen steileren Gleitwinkel zu erzielen (Bremswirkung).