8.4 Masse und Schwerpunkt
Jedes Masseteilchen dm (jedes Molekül, jedes Atom) unterliegt der Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s² und ist damit Ursache für eine Gewichtskraft dG:
dG = dm · g
Fasst man alle Masseteilchen dm zur Gesamtmasse m zusammen, so erhält man das Gesamtgewicht G:
G = m · g
- Zusammenhang von Schwerpunkt, Beladung und Trimmung
- 8.4.1 Aerodynamische Trimmung
- 8.4.2 Federtrimmung
- 8.4.3 Beladen und Trimmen
- 8.4.4 Wägung
- 8.4.5 Wasserballast
Zusammenhang von Schwerpunkt, Beladung und Trimmung
Beim stationären Geradeausflug müssen die am Segelflugzeug angreifenden Kräfte (Gewicht und Luftkraft) im Gleichgewicht stehen. Vernachlässigt man den (sehr kleinen) Widerstand FW und teilt den Gesamtauftrieb auf in Auftrieb am Flügel FA und Auftrieb am Höhenleitwerk FS, so ergibt sich dieses Bild:
Momentausgleich um die QuerachseMan erkennt, dass die Höhenleitwerkskraft FS das Moment aus Gewicht G und Flügelauftrieb FA ausgleichen muss. Da keine beliebig großen Höhenleitwerkskräfte erzeugt werden können, muss dieses Moment in bestimmten Grenzen gehalten werden.
→ Der (Flugmassen-) Schwerpunkt muss innerhalb des zulässigen Bereichs liegen.
Flugmasse und Flugmassenschwerpunkt ergeben sich aus der Leermasse (mit dem zugehörigen Leermassenschwerpunkt) und der Beladung (mit ihrer Lage im Segelflugzeug). Dies wiederum bedingt entsprechende Grenzen bei der Beladung.
Wird der zulässige Schwerpunktbereich nach vorne überschritten, so kann das Segelflugzeug nicht mehr richtig abgefangen werden.
Bei Überschreiten der zulässigen hinteren Schwerpunktgrenze treten folgende Komplikationen auf (dies ist die wesentlich kritischere Grenze):
- die Längsstabilität ist nicht mehr gewährleistet
- das Abkippverhalten verschlechtert sich
- Beenden des Trudelns wird erschwert, u.U. sogar unmöglich (Flachtrudeln)
Um den Schwerpunkt im zulässigen Bereich zu halten, kann die Verwendung von Trimmballast notwendig werden:
- fest eingebauter Ballast beeinflusst den Leermassenschwerpunkt
- herausnehmbarer Ballast ergänzt die Zuladung
8.4.1 Aerodynamische Trimmung
8.4.2 Federtrimmung
Heutzutage wird in der Regel eine Federtrimmung verwendet. Diese wird ebenfalls über den grünen Hebel bedient. Im Gegensatz zur Trimmklappe dient die Federtrimmung zur Einstellung einer Feder, die den Steuerknüppel mit einer einstellbaren Federkraft vorbelastet. Die Feder ist immer gleich stark; im Verhältnis zu den Steuerkräften wirkt sie im Langsamflug stärker als bei hoher Geschwindigkeit.
Merke: Das Trimmruder schlägt bei z.B. schwanzlastiger Trimmung nach unten aus. Dies bewirkt einen kleinen Auftrieb an der Hinterkante des Höhenruders, was dadurch etwas nach oben ausschlägt. Das Flugzeug hebt dadurch die Nase. Trimmst du kopflastig, schlägt das Trimmruder nach oben aus, das Höhenruder wird nach unten gedrückt und die Nase senkt sich.
8.4.3 Beladen und Trimmen
Die Flugmasse eines Segelflugzeugs setzt sich folgendermaßen zusammen:
Zusammensetzung der FlugmasseFür die richtige Beladung eines Segelflugzeuges sind die Zuladung und ihre Verteilung maßgeblich, denn es müssen eingehalten werden:
- die höchstzulässige Flugmasse
- die höchstzulässige Masse der nichttragenden Teile
- die Schwerpunktgrenzen
8.4.4 Wägung
Im Wägebericht wird dann berechnet, welche Zuladung unter Einhaltung dieser Grenzen möglich ist. Das Ergebnis wird im Flughandbuch eingetragen, der Beladeplan (Cockpitschild) bei Bedarf aktualisiert.
Wägebericht (untere Hälfte)Diese Wägung muss bei Änderung der Ausrüstung, bei Reparaturen oder nach Lackierarbeiten, ansonsten in regelmäßigen Abständen (alle 4 Jahre) wiederholt werden. Sie (und der Eintrag im Flughandbuch) darf nur von einem lizenzierten Prüfer bzw. einer freigabeberechtigten Person in einem Instandhaltungsbetrieb mit entsprechender Anerkennung durchgeführt werden.
Eintrag der Wägung im FlughandbuchWenn die im Flughandbuch angegebenen Grenzen für die Zuladung im Führersitz (bzw. in beiden Sitzen bei Doppelsitzern) beachtet werden, liegen Flugmasse, Masse der nichttragenden Teile und Flugmassenschwerpunktlage im zulässigen Bereich.
Überschreitet ein schwerer Pilot (mit Fallschirm) die Höchstzuladung im Führersitz, so darf er mit diesem Segelflugzeug nicht fliegen.
8.4.5 Wasserballast
Da Wasserballast meistens in Tanks in der Flügelnase (vor der vorderen Schwerpunktgrenze) untergebracht ist, wird durch Einfüllen von Wasser die Masse der nichttragenden Teile nicht geändert. Jedoch erhöht sich die Flugmasse (und damit, - entsprechend dem Zweck des Wasserballasts -, die Flächenbelastung) und der Flugmassenschwerpunkt verschiebt sich nach vorne.
Einige Segelflugzeuge haben auch einen Wassertank im Heck. Mit Wasserballast im Heck kann eine mögliche vordere Schwerpunktlage durch Wasser in den Flügeltanks kompensiert werden. Beim Entleeren ist es wichtig, dass zuerst das Heckwasser und erst dann das Flügelwasser abgelassen werden muss, da sich sonst der Schwerpunkt zu weit nach hinten verlagern könnte. Deswegen ist oft der Griff für das Heckventil über dem der Flügelventile angeordnet.
Kurz vor dem Aufsetzen, das letzte Restwasser läuft ab (Quelle: DAeC)Für Flüge mit Wasserballast sind im Flughandbuch Angaben zur zulässigen Menge in Tabellen- oder Diagrammform gemacht. Landen mit Wasserballast ist fast immer verboten. Da das Ablassen des Wasserballasts mehrere Minuten in Anspruch nimmt, muss es rechtzeitig vor der Landung erfolgen. Tiefergehende Informationen findest du im Kapitel 8.11 Wasserballast.
Anker: Aero-Trimm = Trimm1; Federtrimm = Trimm2; Beladen-Trimm = Trimm3; Wägung = Trimm4; Wasserballast = Trimm5
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