8.4  Masse und Schwerpunkt

                Mass and balance

Wie wichtig Masse und Schwerpunkt für die Strukturbelastung und die Flugeigenschaften eines Segelflugzeugs sind, hast du bereits im Fach Grundlagen des Fliegens erfahren. Angaben zu den Grenzen für Masse und Schwerpunkt eines Segelflugzeugs findest du im Flughandbuch. Was bedeuten die einzelnen Werte, wie sind die Zusammenhänge? 

Möglicherweise hast du schon einmal geholfen, als ein Prüfer eine Wägung eines eurer Segelflugzeuge durchgeführt hat. Die Ergebnisse trägt er in ein Formblatt, den Wägebericht ein und berechnet alle für das gewogene Segelflug maßgeblichen Größen. Sehen wir uns in Abb. 8.4.1 und Abb. 8.4.3 so einen Wägebericht an – in diesem Beispiel heißt er Gewichtsübersicht.

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Abb. 8.4.1  Wägebericht (obere Hälfte)

Leermasse und Zuladung

Der Kopf des Wägeberichts enthält einige allgemeine Daten zum gewogenen Segelflugzeug. Dann siehst du auf der rechten Seite unter Einzelgewichte die separat festgestellten Gewichte von Flügel rechts/links, Rumpf und Höhenleitwerk. Die Summe aus der mittleren Spalte von Einzelgewichte ergibt das Leergewicht. Dieses ist nach Gewichtsgrenzen  (rechts) übertragen. Nun geht es um die Zuladung. Abb. 8.4.2 verschafft dir einen Überblick, wie alle Gewichte (Massen) und die Zuladung zusammenhängen.

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Abb. 8.4.2  Zusammensetzung der Flugmasse

Das im Wägebericht eingetragene Höchstgewicht ohne Wasserballast (die ASK 21 hat keine Wasserballasttanks) ist dem Flughandbuch entnommen. Aus der Differenz zwischen diesem und dem Leergewicht ergibt sich die Zuladung, in diesem Beispiel 209 kg.

Eine andere Massengrenze aus dem Flughandbuch ist das Höchstgewicht der nichttragenden Teile. Das aktuelle Gewicht der nichttragenden Teile ist unter Einzelgewichte in der rechten Spalte aufsummiert. Mit der eben bestimmten Zuladung erhalten wir 396,5 kg, also weniger als die 410 kg unter Gewichtsgrenzen. Insoweit ist die Sache also in Ordnung.

Es hätte aber auch sein können, dass das Gewicht der nichttragenden Teile einschließlich Zuladung 410 kg überschreitet. In dem Fall hätte die erlaubte Zuladung so weit reduziert werden müssen, dass die 410-kg-Grenze eingehalten wird.

Masse der nichttragenden Teile

Was soll überhaupt das Höchstgewicht der nichttragenden Teile? Warum ist dafür ein Wert vorgeschrieben?  Beim Gesamtgewicht ist es wohl verständlich, dass es eine Obergrenze geben muss. Aber für Rumpf und Leitwerk? ... Dies ist der Grund:

Das Gewicht des Segelflugzeugs muss vom Flügelauftrieb getragen werden. Dabei wirkt das Gewicht der Tragflächen genau dort, wo der Auftrieb entsteht. Die Struktur wird dadurch überhaupt nicht beansprucht. Anders ist es mit dem Rumpf, zu dem auch das Leitwerk gehört, denn der hängt an den Querkraftbeschlägen zwischen den beiden Tragflächen.

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Abb. 8.4.3  Wirkung des Gewichts der nichttragenden Teile

Durch den Abstand zwischen dem Gewicht der nichttragenden Teile und der Auftriebskraft rechts bzw. links kommt es zu einer hohen Biegebelastung der Flügelverbindung und des Flügelholms im Wurzelbereich. Damit deren Tragfähigkeit nicht überschritten wird, muss das Gewicht der nichttragenden Teile begrenzt werden.

Leermassenschwerpunkt

Nach der Einzelteilwägung wird das Segelflugzeug aufgerüstet und auf zwei Waagen gestellt. Dabei muss es in eine definierte horizontale Lage gebracht werden. In unserem Beispiel wird sie so hergestellt, dass ein auf die Oberseite des Leitwerksträgers aufgelegter Keil mit dem vom Hersteller festgelegten Keilwinkel (angegeben durch das Verhältnis von langer zu kurzer Seite) mit einer Wasserwaage exakt horizontal ausgerichtet wird.

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Abb. 8.4.4  Wägebericht (untere Hälfte)

Die nun von den beiden Waagen angezeigten Gewichte werden in der Tabelle (Abb. 8.4.4) als G1 und G2 eingetragen. Die Summe daraus, G ges, ist das Leergewicht. Sie unterscheidet sich wegen unvermeidlicher Messungenauigkeiten geringfügig vom Leergewicht aus den Einzelteilwägung.

Außerdem werden die Abstände der beiden Auflagepunkte zur Bezugsebene gemessen. Die Bezugsebene ist eine Ebene durch den Bezugspunkt, auf der die horizontale Bezugslinie senkrecht steht. In diesem Beispiel ist der Bezugspunkt die Flügelvorderkante an der Wurzelrippe. Die Gewichte G1 und G2 sowie die Abstände a und b werden in die entsprechende Formel eingesetzt und so der Abstand des Leermassenschwerpunkts von der Bezugsebene berechnet. Man nennt ihn auch die Leergewichtsschwerpunktlage.

Anschließend stellt der Prüfer fest, ob die ermittelte Leergewichtsschwerpunktlage im zulässigen Bereich liegt. Die Vorschrift dafür findet sich als Diagramm oder in Tabellenform im Flughandbuch oder im Wartungshandbuch, mit deren Hilfe auch Mindest- und Höchstzuladung im vorderen bzw. hinteren Sitz festgelegt wird. Da die Wägung nur für den Ausrüstungszustand gültig ist, in dem sie durchgeführt wurde, ist das Datum des zu diesem Zeitpunkt gültigen Ausrüstungsverzeichnis im Wägebericht angegeben.

 

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Abb. 8.4.5  Eintrag der Wägung im Flughandbuch

Wie in Abb. 8.4.5 zu sehen, werden die wichtigsten Daten schließlich vom Prüfer in eine Tabelle im Flughandbuch übertragen und wenn nötig die Zuladungsgrenzen auf dem Cockpitschild korrigiert. Der aktuelle Eintrag ist verbindlich, ihn musst du bei der Beladung deines Segelflugzeugs berücksichtigen. Anders als bei Motorflugzeugen hast du es als Segelflugzeugpilot ganz einfach. Du musst nicht vor dem Flug extra noch den Flugmassenschwerpunkt ausrechnen. Wenn du dich an die Angaben zu Mindest- und Höchstzuladung hältst, liegst du automatisch im zulässigen Flugmassen-schwerpunktbereich. Trotzdem ist es hin und wieder nützlich, den Flugmassenschwerpunkt zu kennen. Wie du ihn ermitteln kannst, erfährst du im Fach Flugleistung und -planung.