DDR-Luftfahrtforum !

Wie angekündigt, möchte ich als Nurpassagier und Nichttechniker einige Fragen loswerden, die mich bei so manchem Flug beschäftigt haben.
Sollten allgemeinverständliche Antworten dazu schon im weltweiten Web zu finden sein, würde mir ein Hinweis auf einen Link genügen.

Beim Blick auf die Tragflächen kann man während des Fluges einiges beobachten. Auffällig ist z.B. die Vielzahl Schrauben, mit den die Oberfläche der Tragfläche befestigt ist.
Welche Kräfte wirken auf eine Flächeneinheit der Tragfläche?
Der Quotient aus max. Gewicht des Fliegers und Tragflügelfläche genügt dafür sicher nicht, denn Geschwindigkeit und Dichte der Luft sind wohl zusätzliche Vektoren.
Erzeugt das Ausfahren der Tragflächennase und der Landeklappen wegen der verringerten Geschwindigkeit beim Landeanflug eine höhere Auftriebskraft oder soll auch die Auftriebskraft verringert werden, damit die Maschine in annähernd waagerechter Lage sinken kann?

KarlPaul hat geschrieben:Erzeugt das Ausfahren der Tragflächennase und der Landeklappen wegen der verringerten Geschwindigkeit beim Landeanflug eine höhere Auftriebskraft oder soll auch die Auftriebskraft verringert werden, damit die Maschine in annähernd waagerechter Lage sinken kann?

Das Ausfahren der Tragflächennase (Vorflügel) hat zur Folge, dass die Strömung bei größeren Anstellwinkeln (Flugzeuge nehmen im Landeanflug ja die Nase hoch) länger auf der Tragflächenoberseite anliegt. Dadurch wird ein Strömungsabriss vermieden.
Die Landeklappen sorgen im ausgefahrenen Zustand unter anderem für eine Erhöhung des Auftriebes, damit das Flugzeug bei einer langsameren Landegeschwindigkeit noch fliegen kann. Gleichzeitig wird insgesamt mehr Luftwiderstand erzeugt.

Ich hoffe, das war nicht zu grob, zu ungenau oder zu unverständlich.

Richtig,
diese ganze Technik zur Profilveränderung dient dem Langsamflug.
Der Flieger kann nicht mit "Reisegeschwindigkeit" auf die Bahn setzen.

Welche Kräfte wirken auf den Flügel?
Sog ("oben") und Druck ("unten") = Auftrieb > Fluggewicht
Torsion,

... vielleicht finde ich meinen Hefter für Aerodynamik ... irgendwo ...

KarlPaul hat geschrieben:...
Erzeugt das Ausfahren der Tragflächennase und der Landeklappen wegen der verringerten Geschwindigkeit beim Landeanflug eine höhere Auftriebskraft ...?

Genauso ist es. Beide Maßnahmen dienen der Auftriebserhöhung.

Der Auftrieb ist geschwindigkeitsabhängig. Will man für die Landung langsamer sein (zwecks möglichst kurzer Ausrollstrecke und auch mehr Sicherheit), so würde der verringerte Auftrieb das Flugzeuggewicht nicht mehr tragen. Mit ausgefahrenen Klappen und Vorflügeln kann man jedoch auch bei deutlich geringerer Geschwindigkeit den zur Kompensation des Flugzeuggewichtes erforderlichen Auftrieb erzeugen.


Beispiel: Tu-154B

Geschwindigkeit beim Landeanflug mit
- eingefahrenen Klappen: 346 km/h
- voll ausgefahrenen Klappen: 270 km/h

(Die Werte gelten für eine Flugmasse von 80 t.)


Nachteil der ausgefahrenen Klappen: Sie erzeugen auch einen erhöhten Luftwiderstand, der wiederum mit mehr Triebwerksschub kompensiert werden muß. Daher werden nach dem Start die Klappen so schnell wie möglich eingefahren, um einen möglichst großen Steigwinkel und später einen kraftsoffsparenden Reisflug zu ermöglichen.

Kilo Mike Sierra hat geschrieben:Geschwindigkeit beim Landeanflug mit
- eingefahrenen Klappen: 346 km/h
- voll ausgefahrenen Klappen: 270 km/h

...und was fällt mir da aus meiner damaligen fliegerischen Ausbildung ein? Flaps full! Fluglehrer zu mir:"Junge geb Gas! Wir wollen landen!"

Vielen Dank für die Antworten. Nun ist mir auch klar, warum beim Landeanflug die Triebwerke in gewissen Abständen lauter werden.
Richtig klar ist mir aber noch nicht, wie es sich mit er Luftströmung bei ausgefahrenen Landeklappen verhält. Zwischen ihnen und dem Hautkörper der Tragfläche entsteht doch ein relativ großer Spalt. Kommt es hier nicht zu einem Strömungsabriss oder einer Verwirbelung?
Wenn durch die Landeklappen die Fläche des Tragflügels vergrößert werden soll, um bei einer geringeren Geschwindigkeit immer noch den nötigen Auftrieb zu haben, welche Funktion haben dann die Spoiler, die auf der Tragfläche aufgeklappt werden?

Spoiler

Die ausgefahrenen Spoiler haben die Aufgabe, den Auftrieb zu reduzieren und zusätzlichen Widerstand zu erzeugen.

Im Sinkflug kommen die Spoiler manchmal zum Einsatz, wenn man steiler als erwartet sinken muß, z.B. wenn die Freigabe für den Sinkflug relativ spät kommt und man daher schon recht nah am Zielflughafen ist. Auch bei einem Notsinkflug, z.B. infolge eines plötzlichen Druckverlustes in der Kabine, sind die Spoiler sehr wichtig.
Wenn es zu steil "bergab" geht, könnte das Flugzeug seine maximal zulässige Geschwindigkeit überschreiten. Mit Hilfe der Spoiler wird aber soviel zusätzlicher Widerstand erzeugt, daß sich bei gleicher Fluggeschwindigkeit eine wesentlich größere Sinkgeschwindigkeit einstellt, was einem steileren Sinkflug entspricht.

Bei der Landung werden die Spoiler sofort nach dem Aufsetzen ausgefahren, damit möglichst schnell das volle Gewicht des Flugzeuges auf den Fahrwerken lastet. Weil dann der Auflagedruck der Reifen auf der Piste am größten ist, können die Bremsen auch sofort mit hoher Wirkung arbeiten.
Ohne die ausgefahrenen Spoiler erzeugt der Flügel anfangs noch so viel Auftrieb, daß die Bremswirkung der Fahrwerksbremsen sehr unzureichend wäre.


Landeklappen

Der Spalt zwischen Klappe und Flügel ist sogar sehr vorteilhaft. Dadurch gelangt Luft von der Flügelunterseite auf die Oberseite der Klappen, wo sie die Strömung gewissermaßen mit zusätzlicher kinetischer Energie anreichern. Dadurch können die Klappen noch steiler nach unten ausgefahren werden (ohne daß auf ihrer Oberseite die Strömung abreißt), wodurch sich die Wölbung des Flügelquerschnittes noch weiter vergrößert und damit auch der Auftrieb.
Die Boeing 747 (außer Versionen SP und -8) hat sogar Klappen mit insgesamt drei Spalten. Das ist mechanisch sehr kompliziert, hat aber auch eine große Wirkung.

Auf nachfolgendem Foto sieht man sogar den Verlauf der Luftströmung auf der Oberseite der Klappen.

full flaps by the-difference, on Flickr

Da könnte jeder Vogel neidisch werden

Danke für die Erklärung, Kilo Mike Sierra. Eine Frage habe ich noch. Sind die Landeklappen an den unter den Tragflächen in Flugrichtung befindlichen Teilen befestigt, damit sie nicht nach oben gerissen werden? Denn es müssen ja auch auf die ausgefahrenen Klappen gewaltige Kräfte wirken.

Ja, unter diesen Verkleidungen an der Tragflügel-Unterseite befinden sich die Aufhängungen der Klappen sowie die dazugehörigen Antriebe (z.B. Elektromotoren mit langen Verstellspindeln).