erstellt am: 08-13-2001 09:35 AM         

wer von euch kann einem armen kleinen Physiker (die Grundlagen der Mechanik sind mir geläufig) mal erkären, was in der Flugzeugtechnik unter "zero lift pitching moment" oder "Nullmoment" verstanden wird ? Ich lese zur Zeit in einem Buch von Hünecke über Flugzeugtechnik und wundere mich sehr darüber, daß der Begriff Nullmoment, der vom Autor im Zusammenhang mit Stabillitätsbetrachtungen herangezogen wird, im Buch ohne sinnvolle Erläuterung einfach vom Himmel fällt.

Dank im voraus für euere Mühe.

Sorry für die etwas mißlungene Überschrift, aber die kann ich im nachhinein leider nicht ändern.

erstellt am: 09-20-2001 04:26 PM         

Für Momente an Tragflügeln sind der Druckpunkt und der Schwerpunkt verantwortlich.
Der Druckpunkt ist der Punkt an dem alle Aerodynamischen Kräft rechnerisch zusammenlaufen.
Der Schwerpunkt ist der Punkt an dem alle Gewichtskräfte rechnerisch zusammenlaufen. Liegen der Schwerpunkt und der Druckpunkt an der gleichen Stelle der Profiltiefe (MAC), dann entsteht kein Moment.
Der Schwerpunkt verändert sich während des Fluges, durch den Spritverbrauch, nur langsam. Am Boden verändert er sich durch die Beladung.
Der Druckpunkt verändert sich in Abhängigkeit des Anstellwinkels. Je größer der Anstellwinkel, desto weiter wandert der Druckpunkt nach vorne. Dadurch entstehen Momente, die durch das Höhenruder und/oder Höhenrudertrimmung ausgeglichen werden.

Daher Erklärt es sich auch das der Schwerpunkt nur in ganz engen Grenzen liegen darf, da sonst das Moment (besonders im Langsamflug mit hohen Anstellwinkeln) nicht mehr durch das Höhenruder ausgeglichen werden kann.

erstellt am: 09-21-2001 05:27 AM         

vielen Dank für deine Antwort! Ich habe schon befürchtet, daß meine Frage ohne weitere Beachtung irgendwo in den Tiefen dieser Datenbank versinkt.

Leider ist der Begriff "Zero Lift Pitching Moment" noch nicht geklärt. Falls Du Lust hast, können wir versuchen, das Problem hier durch eine kleine Diskussion zu lösen.

Zunächst zur Quelle:

Klaus Hünecke: Die Technik des modernen Verkehrsflugzeuges. 2.Auflage Motorbuch Verlag

Ich zitiere mal aus Seite 79:

Von größter Bedeutung für die Flug-Eigenschaften ist die statische Längsstabilität, die sich aus einer Betrachtung der um die Querachse wirkenden Momente ableiten läßt. Die Momente ergeben sich aus den Kräften, die am Flugzeug wirken: Auftrieb von Flügel und Höhenleitwerk, Flugzeuggewicht, Schub.

Bis hierhin ist alles klar, das kann ich als Physiker gut verstehen. Aber jetzt kommt der Knackpunkt:

Zusätzlich wirkt ein Moment, das seine Ursache in der Verwindung des Flügels und der Verwölbung der Profile hat. Dieses Moment ist bereits bei Auftrieb Null vorhanden und wird als Nullmoment bezeichnet (zero lift pitching moment). Das Nullmoment ist ein freies Moment, an keinen Bezugspunkt gebunden und hat kopflastigen Drehsinn (negatives Vorzeichen).

Hier fangen meine Verständnisschwierigkeiten an. Wenn ich die Ausführungen von Hünecke richtig deute, dann kommt das Nullmoment ohne den Einfluß einer Luftströmung zustande, allein durch die Formgebung des Tragflügelprofils. Wie soll das gehen?

Falls Du noch eine Idee hast, dann kannst Du die ja mal hier aufschreiben. Über eine weitere Antwort freue ich mich.

Gruß, Rechtehand.

erstellt am: 09-21-2001 08:09 AM         

danke für deinen Hinweis!

Aber dazu habe ich noch eine Frage: In welcher sicheren Fluglage bewirkt die Luftströmung keine resultierende Kraftkomponente antiparallel zur Gewichtskraft?

Ich verstehe den Hünecke so, daß das "zero lift pitching moment" unabhängig von der Luftströmung ist. Das bedeutet für mich: Auf ein Flugzeug, das irgendwo im Vakuum schwebt, wirkt auch dieses ominöse Drehmoment.

Aber wie dem auch sei, ich bin gespannt auf das Ergebnis deiner Recherche und freue mich über weitere Antworten.

Gruß, Rechtehand.

erstellt am: 09-21-2001 12:54 PM         

durch das Zitat kommt jetzt etwas Klarheit in das Problem.
Tragflügel haben nicht über die ganze Spannweite das gleiche Profil. Sie werden von der Flügelwurzel zum Randbogen nicht nur schlanker, sondern sie verändern auch ihr Profil. Hier spricht man von aerodynaischer Schränkung. Die Tragfläche wird auch verdreht gebaut, d.h. die Tragfläche ist so gebaut, das sie an der Wurzel einen anderen Anstellwinkel hat als am Randbogen. (geometrische Schränkung).

Warum macht man sowas?
Nun es gibt mehrere Gründe:

Dadurch das der Anstellwinkel nicht uberall gleich ist, reißt die Strömung bei unterschreiten der Überziehgeschwindigkeit (Vs) nicht am ganzen Flügel gleichzeitig ab, sondern sie fängt als erstes Innen an der Flügelwurzel an abzureißen, da hier in der Regel der Anstellwinkel, konstruktionseitig, größer ist. Der Abriß wandert dann bei Erhöhung des Anstellwinkels langsam nach Außen. So erreicht man ein unkritischeres Verhalten beim Strömungsabriß. Zusätzlich sind die Queruder weniger kritisch, da ja außen am Flügel wo die Queruder sitzen die Strömung länger anliegt.
Da ja auf Grund der verschieden Anstellwinkel und der verschiedenen Profile der Druckpunkt an jeder Stelle des Flügels an einer anderen Stelle liegt, liegt somit ein Moment vor, welches auch bei zero Pitch wirkt. Eine Luftströmung muß aber Vorhanden sein.

Ein weiterer Grund für die Schränkung sind die Randwirbel, die man ja minimieren will.

Als letztes, fällt mir noch ein das es Struckturprobleme geben würde wenn der Tragflügel am Randbogen den gleichen Auftrieb hätte wie an der Wurzel. Der Hebel wäre einfach zu groß.

Zur Sicheren Fluglage, es muß ja Null Auftrieb herrschen und der wird nur beim Senkrechten Sturzflug und beim Parabelflug erreicht.
Senkrechter Steigflug natürlich auch, aber das kommt bei den meisten Flugzeugen nicht vor.

erstellt am: 09-21-2001 05:01 PM         

danke für deine umfangreiche und interessante Antwort!

Deine ausführliche Begründung zur Profilgebung von Tragflächen ist für mich sehr gut verständlich. Als Physiker muß ich aber noch mal nachfragen.

Du schreibst: Da ja auf Grund der verschieden Anstellwinkel und der verschiedenen Profile der Druckpunkt an jeder Stelle des Flügels an einer anderen Stelle liegt, liegt somit ein Moment vor, welches auch bei zero Pitch wirkt. Eine Luftströmung muß aber Vorhanden sein.

Ich verstehe das so:
In Gedanken zerlegst du die Tragfläche in viele kleine Stücke, deren Form sich von der Flügelwurzel zum Randbogen ändert. An jedem Stück wird durch die Luftströmung eine Kraft erzeugt. Diese Kraft greift im Druckpunkt des jeweiligen Stückes an, ihre vertikale Komponente trägt zum Auftrieb bei und ihre horizontale Komponente zum Widerstand. Summiert man die vertikalen Komponenten aller kleinen Stücke von beiden Tragflächen, so erhält man den gesamten Auftrieb der Tragflächen und es resultiert ein Drehmoment um die Querachse durch den Schwerpunkt des Flugzeugs.

Nun mein Einwand:
Dieses Drehmoment würde die Nase eines korrekt beladenen Flugzeuges anheben und den Schwanz absenken und kann deswegen nicht das "zero lift pitching moment" sein, denn dieses ominöse Drehmoment dreht genau andersherum, senkt also die Nase nach unten.

Für den Fall, daß ich dich mißverstanden habe, kannst Du ja noch ein paar Erläuterungen nachlegen, vielleicht leuchtet dann in meinem Hirn das entscheidende Lämpchen.

erstellt am: 09-22-2001 04:35 PM         

ich habe Geduld!

erstellt am: 09-22-2001 06:40 PM         

Diese Bild zeigt ein Tragflächenprofil bei 0° Anstellwinkel. Es erzeugt Auftrieb auf Grund seiner Formgebung. Der Druckverlauf ist durch die Pfeile gekennzeichnet.

Jetzt kommt das gleiche Profil bei Null Auftrieb:

Hier kann man sehen das der Unterdruck der immer noch auf der Oberseite auf Grund der Form entsteht, durch einen Unterdruck auf der Unterseite ausgeglichen wird. Na ja, die Zeichnung ist nicht Perfekt, aber ich glaube man kann es erkennen. Da die sich aufhebenden Kräfte an verschiedenen Stellen der Profiltiefe wirken, entsteht ein Moment, das Null-Moment, oder Zero Lift Pitching Moment.

Dieses Moment gibt es nicht bei Symetrischen- und bei einigen S-Schlag Profilen.

Die Kräfte, die das 0 Moment erzeugen, sind auch für das Wandern des Druckpunktes verantwortlich. Daraus kann man den Schluß ziehen, wenn das 0 Moment klein ist, dann wandert auch der Druckpunkt nur wenig, und wenn das 0 Moment nicht vorhanden ist, dann wandert der Druckpunkt überhaupt nicht.

[Diese Nachricht wurde von snaproll am 09-22-2001 editiert.]

erstellt am: 09-23-2001 04:24 AM         

vielen Dank für deine Mühe!

Die Skizzen sind wirklich hilfreich. Ich werde jetzt noch mal nachdenken und versuchen alle Informationen halbwegs korrekt
zusammenzubringen. Wenn ich der Meinung bin, daß ich das "zero lift pitching moment " verstanden habe, werde ich mich hier nochmal melden. Falls nicht, dann melde ich mich aber auch noch mal .

Eine Frage noch: Wie hast Du die Bilder gemacht und vor allem, wie hast Du die Bilder in deinen Beitrag hinein bekommen?

Falls Du die Bilder selbst gemacht hast, dann könntest Du die Richtung der Luftströmung noch andeuten. Ich nehme mal an, daß die Strömung in beiden Bildern horizontal von links nach rechts verläuft.

Gruß, Rechtehand.

erstellt am: 09-26-2001 06:43 AM         

ich hatte mal wieder Zeit um ein bischen nachzudenken. Ich glaube, durch deine Hilfe ist mir klargeworden, was mit "zero lift pitching moment" gemeint ist. Im von mir zitierten Buch von Hünecke steht eigentlich nur verwirrendes Bla Bla zu diesem Thema. Vielleicht ist der Originaltext von einem unkundigem Mitarbeiter des Verlages verstümmelt worden.

Nun ist auch mir klar, daß es für asymmetrische Profile einen Anstellwinkel geben muß, für den der Auftrieb verschwindet. Bei diesem Anstellwinkel greifen natürlich die Druckkräfte auf der Tragflügeloberfläche an, summieren sich aber zu Null, so daß kein Auftrieb resultiert. Trotzdem kann sich ein Drehmoment um die Querachse ergeben und dieses Drehmoment wird das "zero lift pitching moment" sein. Warum dieses Drehmoment allerdings die Flugzeugnase senken soll, ist für mich noch nicht klar. Aber das ist auch nicht so wichtig.

Nochmals vielen Dank für deine Hilfe Snaproll.