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Schwerpunkt: Lage erfliegen

Aus RC-Network Wiki

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Im Folgenden ist das Erfliegen des Schwerpunkts für ferngesteuerte Segelflugzeuge beschrieben. Motorflugzeuge und Freiflieger haben andere Regeln.

Der Schwerpunkt wird heute in der Regel nach der sogenannten dynamischen Methode erflogen. Dazu stellt man den Schwerpunkt zunächst einmal durch Auswiegen auf der sicheren Seite, d. h. bei ca. 15% der mittleren Flügeltiefe vor dem Gesamtneutralpunkt ein. Beim normal ausgelegten ungepfeilten Drachenflugzeug sind ca. 1/3 der Flächentiefe oder etwas davor auch nicht verkehrt. Damit ist sichergestellt, dass das Flugzeug beim Erstflug nicht unkontrollierbar wird.

Beim Erstflug trimmt man nach dem Freigeben eine "vernünftige" Fluggeschwindigkeit am Sender. Dann ermittelt man durch Aushungern in sicherer Höhe die Mindestfluggeschwindigkeit und trimmt eine Fluggeschwindigkeit mit genügend Reserve dazu ein (also mindestens 20% schneller).

Was jetzt kommt, widerspricht allen Regeln, die wir im Freiflug gelernt haben, so wir denn so angefangen haben. Aber keine Sorge, im gesteuerten Flug stimmt es wirklich. Es folgt der dynamische Test: Das Flugzeug wird in ausreichend Höhe angestochen (in einen steilen Bahnneigungsflug (30...45°) gesteuert); dann lässt man den Höhenruderknüppel los. Jetzt soll das Flugzeug selbsttätig in einem weichen Bogen abfangen.

Fängt es in einem engen Abfangbogen ab, schießt hoch und gerät ins Pumpen, liegt der Schwerpunkt zu weit vorn. Daraus resultierte beim Trimmen auf die gewünschte Geschwindigkeit eine zu große EWD, und die führt jetzt zum harten Abfangen. Also Blei aus der Fugzeugspitze nehmen, EWD neu austrimmen, und noch ein Versuch.

Fängt das Flugzeug nur langsam oder gar nicht ab, so dass korrigierend eingegriffen werden muss, liegt der Schwerpunkt zu weit hinten. Es gilt die umgekehrte Korrektur wie vorher beschrieben.

Wie weit man dieses Spiel treibt, hängt auch von den persönlichen Präferenzen und von der Art des Flugzeugs ab. Einen schnellen Hangsegler oder ein F3F-Geschoss wird man neutraler trimmen (weniger Tendenz zum Abfangen) als einen leicht gebauten Leichtwindsegler, der schon beim Anstechen ins Flattern geraten würde.

Eine Diskussion bei RCN zumThema: Schwerpunkt einstellen und die Erklärungen im Detail: Erklärungsversuche #11 Erklärungsversuche #20 Erklärungsversuche #24

(0) Nur zur Veranschaulichung:

Ohne Höhenruder und mit Schwerpunkt lt. Plan, kippt das Flugzeug nach vorne, da der Auftriebsmittelpunkt hinter dem Schwerpunkt liegt.

Schwerpunkt Kraefte 01.png
(1) Normalfluglage

Mit Höhenruder kann man eine EWD finden, die bei gewollter Fluggeschwindigkeit ein Gleichgewicht herstellt. Das Höhenleitwerk muss allerdings nicht unbedingt Abtrieb erzielen, ich wähle das hier so, damit das ganze anschaulicher wird.
Diese Fluglage wird weiter unten als Referenz verwendet, also Abweichungen von diesem Bild dargestellt.

Schwerpunkt Kraefte 02.png
(2a)

Wird die Geschwindigkeit erhöht, vergrößern sich alle beteiligten Kräfte. Noch sieht man kein stabilisierendes Moment, da das Verhältnis der Kräfte sich nicht ändert und der Hebelarm sich nicht ändert.

Schwerpunkt Kraefte 03.png
(2b)

Allerdings führt natürlich ein gestiegener Gesamtauftrieb zu einer Reaktion des Flugzeuges, der Anstellwinkel wird niedriger als in der Normalfluglage. Deutlich zu sehen ist, dass der Auftrieb abnimmt, allerdings durch geänderten Anstellwinkel das Höhenleitwerk mehr Abtrieb erzeugt und ein kippendes Moment erzeugt. Somit wird die Fluglage stabilisiert. (Abfangbogen)

Schwerpunkt Kraefte 04.png
(3a)

Analog bei zu niedriger Geschwindigkeit gegenüber der Luft.

Schwerpunkt Kraefte 05.png
(3b)

Erst durch den resultierenden geänderten Anstellwinkel werden die Momente verändert, so dass sich eine stabilisierende Nickbewegung ergibt und das Flugzeug wieder Fahrt aufnimmt.

Schwerpunkt Kraefte 06.png
(4)

Die obigen Überlegungen gelten nur, solange Strömung anliegt und Fahrt vorhanden ist. Allerdings sollte sich ein Modell auch ohne Fahrt gutmütig verhalten (missglückter Looping, Männchen, etc.). Sackt das Flugzeug ohne Fahrt durch, so sind lediglich die Hebel der Flächenmittelpunkte und das Schwerpunktes zu berücksichtigen. Dabei ergibt sich wieder ein Nickmoment, so dass die Nase nach unten genommen wird.

Schwerpunkt Kraefte 07.png
(5a)

Eine Schwerpunktverschiebung nach vorne bewirkt (ausgehend von der getrimmten Normalfluglage) ein Nickmoment. Die Nase geht nach unten, das Flugzeug wird schneller.

Schwerpunkt Kraefte 08.png
(5b)

Dem wird mit vergrößerter EWD entgegen gewirkt. Der Pilot wird zunächst nur die Trimmung entsprechend verstellen, was allerdings auch schon einer EWD Änderung entspricht. Damit halten sich die Momente wieder die Wage und das Flugzeug fliegt, wie zuvor gerade aus und wird diese Geschwindigkeit stabil beibehalten.
Allerdings ist die Stabilität im Vergleich zu weiter hinten liegendem Schwerpunkt wesentlich erhöht.

Schwerpunkt Kraefte 09.png
(6a)

Ähnlich mit nach hinten verlagertem Schwerpunkt. Das Flugzeug wird die Nase nach oben nehmen, wenn nicht...

Schwerpunkt Kraefte 10.png
(6b)

... entsprechend Trimmung und/oder EWD angepasst werden.

Schwerpunkt Kraefte 11.png
(6c)

Wird nun im obigen Beispiel die Geschwindigkeit verlangsamt, so wird, wie zuvor auch, der Anstellwinkel zunehmen. Allerdings ergibt sich in dieser Konstellation kein zurückstellendes Moment, da das Höhenleitwerk nicht überproportional Auftrieb erzeugen wird.

Schwerpunkt Kraefte 12.png