8.5  Steuerung

Flight controls
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8.5.1  Hauptsteueranlagen

Control systems

Die Steuerung (das Steuerwerk) dient der Übertragung. der Steuerbewegungen, die der Pilot an den Bedienelementen ausführt (Steuerknüppel, Pedale, Brems- und Wölbklappenhebel), auf die Steuerflächen (Ruder und Klappen). So bewirkt z.B. ein Ziehen des Steuerknüppels nach hinten, ein Anheben der Flugzeugnase und damit eine Vergrößerung des Anstellwinkels der Tragflächen.

8 5 Primärsteuerung 1

Primärsteuerung (Quelle: Wikipedia - Piotr Jaworski, CC BY-SA 3.0)
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Mit dem Steuerknüppel (B) und den Pedalen bewegst du das Flugzeug um seine drei Achsen.
Das bedeutet:
  • Rollen um die Längsachse mit den Querrudern (A)
  • Nicken um die Querachse mit dem Höhenruder (C)
  • Gieren um die Hochachse mit dem Seitenruder (D)

Ja, die o.g. Begriffe mögen widersprüchlich erscheinen, werden aber in deiner Prüfung bestimmt abgefragt. Also lese sie dir lieber gleich nochmal durch und versuch dir vorzustellen mit welchem Ruder du das Flugzeug um welche Achse bewegst!

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8 5 FlugzeugachsenAchsen des Flugzeugs
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Die Übertragung erfolgt entweder durch Stoßstangen und Umlenkhebel (Vorteil: hohe Steifigkeit, geringe Reibung) oder durch Drahtseile mit Seilführungen, Umlenkrollen, Spannschlössern (Vorteil: geringes Gewicht, wenig Raumbedarf)

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8 5 Steuerstangen Kipphebel, Steuerstangen und -Seile, Umlenkrollen
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Früher wurden Steuerseile häufiger eingesetzt, heute finden sie nur noch in der Seitensteueranlage und Sekundärsteueranlagen Verwendung, da die höheren zulässigen Geschwindigkeiten moderner Segelflugzeuge höhere Steuersteifigkeiten verlangen.
Die untenstehenden Buttons zeigen dir die Anlenkung der jeweiligen Steuermöglichkeiten am Beispiel einer Schleicher ASG 32.
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8 5 ASG 32 HöhensteuerHöhensteuer
8 5 ASG 32 QuersteuerQuersteuer
8 5 ASG 32 Seitensteuerung 
Seitensteuer
8 5 ASG 32 Bremsklappen 
Bremsklappen
 8 5 ASG 32 Wölbklappen
Wölbklappen
 8 5 ASG 32 Trimmung
Trimmung
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Primäre- und Sekundäre Wirkung vom Seitenruderausschlag

Die primäre Wirkung des Seitenruders besteht darin, eine Gierbewegung um die Hochachse des Flugzeugs zu erzeugen. Wenn das Seitenruder ausgeschlagen wird, erzeugt es einen seitlichen Luftstrom, der das Flugzeug um die Hochachse dreht.

Die sekundäre Wirkung des Seitenruders (auch Rollmoment genannt) entsteht dadurch, dass das Seitenruder auch einen seitlichen Luftstrom auf die Tragflächen des Flugzeugs bewirkt. Dadurch entsteht ein Drehmoment um die Längsachse des Flugzeugs, das als Rollmoment bezeichnet wird
Schaue dir dazu auch 5.4.3  Giersteuerung an.
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Primäre und sekundäre Wirkung von Querrudern

Die primäre Wirkung von Querrudern besteht darin, eine Rollbewegung um die Längsachse des Flugzeugs zu erzeugen. Wenn das Querruder nach unten bewegt wird, erhöht es auf seiner Seite den Auftrieb, wodurch sich diese Tragfläche hebt. Das andere Querruder bewegt sich nach oben, verringert somit den Auftrieb und die Tragfläche senkt sich. So entsteht eine Rollbewegung um die Längsachse.

Die sekundäre Wirkung des Querrudereinsatzes (auch negatives Rollmoment genannt) entsteht dadurch, dass das kurveninnere nach oben ausschlagende Querruder den Strömungswiderstand der abzusenkenden Tragfläche vermindert, das nach unten ausschlagende Querruder hingegen den Strömungswiderstand der anzuhebenden Tragfläche erhöht. Dadurch entsteht ein Drehmoment um die Hochachse des Flugzeugs, das als negatives Wendemoment bezeichnet wird.

Schaue dir dazu auch 5.4.4 Rollsteuerung an.

Um das negative Wendemoment etwas zu vermindern, ist es also nützlich, das Rollmoment mehr durch den negativen als durch den positiven Ruderausschlag zu erzeugen

→ differenzierte Querruder.

Unter Querruderdifferenzierung versteht man unterschiedlichen Ruderausschlag der beiden Querruder. Er ist beim nach unten (positiv) ausschlagenden Querruder kleiner als beim nach oben (negativ) ausschlagenden Ruder.

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8 5 Querruderdiffenzierung
Querruderdifferenzierung
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In erster Linie dient die Querruderdifferenzierung aber dazu, die Quersteuerkräfte gering zu halten.
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8.5.2  Nebensteueranlagen

Secondary flight controls
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Landehilfen

Da Segelflugzeuge von Haus aus niedrige Mindestfluggeschwindigkeiten haben, der Gleitwinkel jedoch sehr flach ist, wird mit Landehilfen in erster Linie eine Widerstandserhöhung bezweckt, während ihr Einfluss auf den Auftrieb eher im Hintergrund steht (bei Motorflugzeugen ist es umgekehrt). Darum wird beim Segelflugzeug und beim TMG als Oberbegriff die Luftbremse verwendet, die je nach Hersteller und Typ in verschiedene Landehilfenarten unterteilt ist.

Die verschiedenen, üblichen Möglichkeiten von Start- und Landehilfen sind:

Wölbklappen (Landeklappen) sind zwischen Rumpf und Querrudern angeordnet, wie Querruder aufgebaut (der hintere Teil des Tragflügels wird nach oben oder unten geklappt), bewegen sich aber gleichsinnig.

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8 5 WölbklappeneinstellungenWölbklappeneinstellungen
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Als Landehilfen sind Wölbklappen nur bei großen positiven Ausschlägen nützlich ("Landestellung"), da erst dann der Widerstand nennenswert erhöht wird.
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8 5 Wölbklappen bewWölbklappenbetätigung bei einer ASW 20 (Quelle: Tannenberg)
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Störklappen (Spoiler) sind in der Flügeloberfläche liegende, an ihrer Vorderkante drehbar gelagerte Bleche. Werden sie ausgeklappt, so verwirbeln sie die Strömung (→ Strömungsablösung, Auftriebszusammenbruch, hoher Profilwiderstand).
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8 5 Störklappen FalkeStörklappen, hier auf der Tragflächenoberseite eines "Scheibe Falken"
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Bremsklappen (Schempp-Hirth-Klappen) werden im Gegensatz zu Störklappen senkrecht aus der Flügeloberfläche ausgefahren, ähneln diesen in ihrer Wirkung, können aber auch bei hohen Geschwindigkeiten mit geringen Kräften bedient werden (→ als Sturzflugbremsen geeignet).
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8 5 Luftbremsen Bremsklappen voll ausgefahren
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Die Bremsklappen sind ebenfalls über Gestänge, Führungen, Kniehebel und Schnellkupplungen mit dem blauen Bremsklappenhebel auf der linken Seite des Cockpits verbunden.

Um zu verhindern, dass die Klappen im Normalflug durch den Unterdruck an der Flügeloberseite "herausgesaugt" werden, werden sie durch einen Verriegelungsmechanismus in eingefahrener Position gehalten. Dieser Mechanismus verwendet Stangen und Hebel, die "überkniet" (überzentriert) sind, solange der Klappenhebel im Cockpit in der vorderen Position ist. Vergleiche den überstreckten Zustand mit dem "überknieten" Zustand des Knies, des Ellbogens oder des Kiefers. Wenn der Klappengriff nach hinten bewegt wird, wird zuerst die überstreckte Position beendet, danach können die Klappen geöffnet werden.

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8 5 BK VerriegelungVerriegelung der Bremsklappen
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Spreizklappen ähneln Störklappen, sind aber auf der Flügelunterseite vor der Hinterkante angebracht, beeinflussen daher den Auftrieb nur geringfügig, erzeugen aber hohen Widerstand.

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8 5 spreizklappe FWSpreizklappen einer Fokke Wulf voll ausgefahren (Quelle: fw200-restaurierung-bremen.de)
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Hinterkantendrehklappen kann man als Wölbklappen mit einer auf der Flügeloberseite angebrachten Verlängerung nach vorn beschreiben. Man kann sie auftriebsneutral abstimmen, sie eignen sich auch hervorragend als Sturzflugbremse.
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8 5 Hinterkantendrehklappe

Hinterkantendrehklappen eines Mini Nimbus HS-7 (Wikipedia)

Bremsschirme beeinflussen den Auftrieb nicht (daher kein Einfluss auf Mindestgeschwindigkeit), erzeugen aber einen hohen Zusatzwiderstand (Widerstandserhöhung → Gleitwinkel-verschlechterung). Nachteil: einmal ausgelöst können sie nicht wieder eingefahren werden, lediglich abgeworfen.
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8 5 Bremsschirmlandung Bremsschirmlandung Glasflügel H-301 "Rennlibelle" (Foto: Wikipedia/Pterozaurus,CC-BY SA 3.0) 
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8.5.3  Vereisung

icing

Verschiedene Arten von Vereisung können im Flug vorkommen.

  • Tragflächenvereisung
  • Vergaservereisung
  • Propellervereisung  
  • Haubenvereisung
Die Vereisung ist die Folge von Wettereinflüssen und daher findest du im Fach Meteorologie im Kapitel Wetterbedingte Gefahren für die Luftfahrt - 3.9.5 Vereisung weitere Informationen zu Entstehung und Gefährlichkeit.
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Tragflächenvereisung

Tragflächenvereisung ist ein Phänomen, bei dem sich Eis auf den Tragflächen eines Flugzeugs bildet. Dies kann zur Profilveränderung und dadurch einer Verschlechterung der Flugleistung und Flug-eigenschaften führen.

Es gibt verschiedene Arten von Tragflächenvereisung
  • Rauheis entsteht, wenn unterkühlte Wassertropfen auf der Tragfläche gefrieren und eine raue Oberfläche bilden.
  • Klareis entsteht, wenn Regen oder Schnee auf der Tragfläche gefriert und eine glatte Oberfläche bildet.

Tragflächenvereisung (Foto: AOPA Safty Letter "Vereisung") 

  8 5 Vereisung

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Vergaservereisung

Die Vergaservereisung ist ein Phänomen, bei dem sich Eis im Ansaugkanal des Vergasers eines Benzinmotors ablagert. Dies kann die Funktion des Motors erheblich beeinträchtigen und ist besonders beim Betrieb von Flugzeugmotoren zu beachten.

Die Vergaservereisung entsteht durch die Abkühlung der angesaugten Luft im Venturirohr des Vergasers, wodurch sich in der Ansaugluft enthaltener Wasserdampf zu flüssigen Nebeltröpfchen kondensieren kann. Diese können bis unter den Gefrierpunkt unterkühlt werden und beim Berühren der Wandung des Ansaugkanals zu Eis erstarren.

Die Vergaservereisung macht sich bei Verstellluftschraube durch Abfall des Ladedrucks bemerkbar und bei starrer Luftschraube durch Abfall der Motordrehzahl.

Um eine Vergaservereisung zu vermeiden, wird der Vergaser beheizt oder es wird warme Luft aus dem Kühlerbereich des Motors zugeführt, die dann allerdings nicht mehr über den Luftfilter von außen angesaugt wird.
Auf sehr staubigem Gelände eines Flugplatzes solltest du bei niedriger Außentemperatur während des Rollens die Vergaservorwärmung nicht ziehen, da sonst ungefilterte Luft in den Motor gesaugt wird und zu Schäden führen kann.
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Propellervereisung
Fliegst du unter Vereisungsbedingungen und bist mit einem motorgetriebenen Segelflugzeug unterwegs, solltest du auch daran denken, dass dein Propeller vereisen kann.

Bei ungleichem Eisansatz entsteht Unwucht, die zu starken Schäden führen kann. Merkst du ungewohnte Vibrationen, kannst du versuchen durch ruckartige Drehzahländerungen das Eis zu entfernen, ansonsten reduzierst du die Drehzahl, damit ggf. die Vibrationen aufhören. Geschieht das nicht, solltest du das Triebwerk abstellen und landen.

Propellervereisung (Foto: AOPA Safty Letter "Vereisung")
 8 5 Propellervereisung
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Haubenvereisung

Eis auf der Innenseite der Cockpithaube kann durch eine Kombination aus Feuchtigkeit und niedrigen Temperaturen entstehen. Wenn die Luftfeuchtigkeit im Cockpit hoch ist und die Temperatur niedrig ist, kann sich Feuchtigkeit auf der Innenseite der Cockpithaube absetzen und gefrieren.

Um Eisbildung auf der Innenseite der Cockpithaube zu verhindern, gibt es verschiedene Methoden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Luftfeuchtigkeit im Cockpit zu reduzieren, indem man das Fenster öffnet, oder absteigt in niedrigere Höhen, um die Temperatur im Cockpit wieder zu erhöhen, um so das Risiko von Eisbildung zu verringern.

Es gibt auch spezielle Beschichtungen, die auf die Innenseite der Cockpithaube aufgetragen werden können, um Eisbildung zu verhindern. Diese Beschichtungen sind jedoch teuer und müssen regelmäßig erneuert werden.
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Anmerkung:

Über die Vereisungsgefahr wirst du immer mal wieder hören und du stellst dir evtl. die Frage, ob das überhaupt für dich oder gar den Segelflug zutrifft.

Die einfache Antwort ist "JA". Spätestens wenn du nach dem Thermik- oder Wellenfliegen mit einem unterkühlten Flugzeug absteigst, musst du ggf. auf Vereisung gefasst sein.

Vergaservereisung ist nicht selten, daher haben auch viele TMG eine zusätzliche Vergaservorwärmung und eine vereiste Haube kommt öfters vor, als du denkst.

Siehe hierzu auch die fsm 2-81 Vereisung und das AOPA Safty Letter "Vereisung"

 
 
Anker: Wirkung SR = Lenk-1; Wirkung QR = Lenk-2; Nebensteuer = Lenk-3; Landehilfen = Lenk-4; Vereisung = Lenk-5; Tragflächenvereisung = Lenk-6; Vergaservereisung = Lenk-7; PropVereisung = Lenk7b); Haubenvereisung = Lenk8, Anmerkung = Lenk-9;
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