Flugmechanik und Aerodynamik
Musterfragen
Musterfragen
Wie lautet die Definition der ersten astronautischen Geschwindigkeit?
Die erste kosmische Geschwindigkeit ist diejenige Kreisbahngeschwindigkeit, die es einem Körper erlaubt, direkt an der Oberfläche eines Planeten um diesen herum zu kreisen. Anschaulich ausgedrückt ist sie diejenige Geschwindigkeit, mit der eine waagrecht geschossene Kanonenkugel die Erde umrunden würde, ohne den Boden zu berühren. Da der Abstand zum Zentrum des Planeten in diesem Fall dem Radius R des Planeten entspricht, wird gesetzt.
.Die erste kosmische Geschwindigkeit für die Erde beträgt etwa 7,91 km/s (28476 km/h)
In welcher (geometrischen) Höhe fliegt ein geostationärer Satellit?
35.786 km
Wie ist die zweite astronautische Geschwindigkeit definiert?
Die zweite kosmische Geschwindigkeit ist die Mindestgeschwindigkeit für eine offene, nicht zurückkehrende Bahn
Wie ist die dritte astronautische Geschwindigkeit definiert?
Die dritte kosmische Geschwindigkeit ist die Fluchtgeschwindigkeit von der Sonne
6.) Welcher Einfluss wird in der internationalen Höhenformel gegenüber der barometrischen
Höhenformel berücksichtigt?
Standardatmosphäre liegt zu Grunde
Temperatur
Wie sind folgende Höhen definiert:
-geometrische Höhe, - absolute Höhe, - geopotenzielle Höhe
geometrisch: Abstand zum Meeresspiegel
absolut: Abstand zum Erdmittelpunkt
geopotentiell: änderung der Gravitation in Abhängigkeit vom Abstand zum Erdmittelpunkt
Aus welcher physikalischen Größe wird die Druckhöhe ermittelt?
Luftdruck
Was versteht man unter der Flugenvelope?
Von Machzahl und Flughöhe abhängiger Bereich in dem ein Flugzeug fliegen kann
begrenzt durch: Auftriebsgrenze, Leistungsgrenze, Temperaturgrenze, Festigkeitsgrenze
Welche Lage nehmen flugzeugfestes und aerodynamisches Koordinatensystem
zueinander ein?
Um den winkel alpha (Anstellwinkel) um die y-Achse gedreht → experimentell
und um den winkel beta (Schiebewinkel) um die z(a,e) achse gedreht
Welche Beziehung besteht zwischen dem experimentellen und dem flugzeugfesten
Koordinatensystem?
Beta schiebewinkel
ie lautet die Transformationsmatrix vom experimentellen ins aerodynamische
Koordinatensystem?
Cos sin 0
-sin cos 0
0 0 1
Welche Kontroll- und Steuerelemente (Ruder) besitzt ein Flächenflugzeug?
Höhenruder
Querruder
Seitenruder
Kennzeichnen Sie Unterschall-, Transsonische- , Überschall- und Hyperschallströmung
durch Ma – Zahl Bereiche.
Unterschall: überall Ma < 1
Transimscher Bereich: 0,8 < Ma < 1,2
Überschall: Ma > 1
Hyperschall: Ma > 4,5 – 5,5
Bei welcher Grenzschicht (laminar oder turbulent) liegt geringere Reibung an der
Oberfläche vor?
Laminar
Wodurch ist ein Laminarprofil gekennzeichnet?
Tragflügelprofil, bei dem durch eine bestimmte Formgebung (weit stromab gelegenes Dickenmaximum) der laminare Strömungszustand der Grenzschicht über einen großenBereich der Flügeloberfläche erhalten und damit der Reibungswiderstand gering bleibt.
Skizzieren Sie Ablösung und Wirbelbildung hinter einem Kreiszylinder!
Unterkritsch 70°
überkritisch 110°
Was hat die Ablösung der Grenzschicht zur Folge?
Wirbelbildung: -Energieverluste
- Widerstandszunahme
-Totwassergebiet
-rückläufige strömung zwischen profil und grenzschicht
-abdrängen der strömung
-zwei entgegengesetzt fließende strömungen
-instabil-> wirbelablösung
-wirbelenergie aus der strömung
-strake zunahme der reibung
Welche Auswirkung hat ein Turbulenzdraht?
Damit versucht man die strömung turbolent werden zu lassen um bei einem zu großen druckanstieg den Ablösepunkt weiter nach hinten zu verschieben und so die reibung zu verringern
Woraus besteht ein Grenzschichtzaun? Funktionsweise?
Parallel zur Längsachse stehender Blechsteg
verhindert die querströmung der Grenzschicht
Wie ist der Nullwiderstand definiert?
Darunter versteht man den Widerstand bei CA = 0, d.h. wenn der Flugel keinen ¨
Auftrieb produziert.
Der Nullwiderstand setzt sich zusammen aus dem Reibungswiderstand und
dem Druckwiderstand.
Wie ist die Skelettlinie eines Profils definiert?
Mittellinie zwischen oberer und unterer Profillinie
(kreise ins profil legen → mittelpunkte)
Bei einer Profilpolare wird …… über ……. Aufgetragen!
Auftrieb über Widerstand
Stellen Sie eine typische Profilpolare dar!
Wie ( - klammer auf die oben abgeknickt ist
optimaler zustand: kleiner widerstand bei großem auftrieb => tangente an polare durch nullpunkt
Worin unterscheiden sich geometrische und aerodynamische Verwindung?
Geometrisch → gleiche profile ; einstellwinkeländerung in richtung flügelachse „verdreht“
aerodynamisch → änderung profilform in richtung flügelachse
Aus welchen Anteilen setzt sich der Gesamtwiderstand eines Flugzeugs zusammen?
Profilwiderstand
schädlicher Widerstand: Rumpf, Fahrwerk, Gondeln, Anbauten
induzierter Widerstand
nullwiderstand( reibungswiderstand+druckwiderstand) +auftriebswiderstand
Die Bendemannsche Formel zur Berechnung des Propellerschubes lautet
. Erklären Sie die einzelnen Variablen!
3. wurzel ( 2 rho *Spr *P^2)
dichte
fläche propeller
standschub: kinetische energie des luftstroms
ind. Leistung
Wie ist die Gleitzahl definiert?
Gleitzahl (Epsilon) gibt an um welche Höhe ein Flugzeug sinkt, wenn es eine bestimmte horizontalflugstrecke zurücklegt
Wie kann man die Gleitzahl aus dem Polarendiagramm ermitteln?
Kleinster winkel bei linie durch ursprung des ko systems
Stellen Sie alle (incl. Trägheitskräfte) auf ein Flugzeug wirkenden Kräfte bei einem
Abfangbogen (symmetrische Flugbahn) dar!
-
Wie groß ist das Lastvielfache nz beim Durchfliegen eines Loopings mit konstanter
Geschwindigkeit v und Radius RL?
a = v^2 / R
Wodurch ist die Überziehgeschwindigkeit Vs charakterisiert?
Das ist jene Geschwindigkeit, unter welcher der Flügel auf
einmal nahezu schlagartig keinen Auftrieb mehr gibt.
Ursache des Auftriebsverlustes ist meist Abriß der Strömung oben.
Steuerfehler des Piloten. Durch Ziehen des Steuerknüppels wird der Anstellwinkel des Tragflügels so erhöht, daß der kritische Anstellwinkel erreicht wird, bei dem die Strömung am Tragflügel sich abzulösen beginnt. Beim Ü.verringern sich Fluggeschwindigkeit und Ruderwirksamkeit. Wird das Ü. nicht durch Drücken des Steuerknüppels beendet, löst sich die Strömung am ganzen Tragflügel ab. Der Auftriebsverlust führt zum Durchsacken oder Abkippen des Flugzeugs über den Tragflügel. Wird das Abkippen nicht richtig beendet, kann das Flugzeug ins --Trudeln kommen. Durch kräftiges Nachdrücken und Geschwindigkeitszunahme wird der überzogene Flugzustand beendet.
Niedriegste geschwindigkeit bei der , bei der das Flugzeug bei abgeschaltetem triebwerk noch steuerbar ist
Was ist unter der kritischen Entscheidungsgeschwindigkeit bei einem Startvorgang zu
verstehen?
Die Entscheidungsgeschwindigkeit (Decision Speed) bezeichnet die Geschwindigkeit eines startenden Flugzeuges, bis zu der ein Startabbruch erfolgen darf. Sie wird international mit v1 abgekürzt.
Was ist unter statischer Stabilität eines Flugzeugs zu verstehen?
Die aerodynamische Stabilität von antriebslosen Flugzeugen wird durch die Lage des aerodynamischen Druckpunktes zum Schwerpunkt bestimmt. Um eigenstabil zu sein muss der Schwerpunkt vor dem Druckpunkt liegen. Wird in diesem Fall die Lage der Längsachse gestört, entsteht durch den hinter dem Schwerpunkt liegenden Druckpunkt ein Drehmoment, das der Lageänderung entgegenwirkt. Die Längsachse wird dadurch in die Ausgangslage zurückgedreht.
Was ist unter `fly by wire´zu verstehen?
Steuerung des flugzeigs wird nicht mehr mechanisch übertragen sondern elektrisch
Erklären Sie den Unterschied zwischen gelenkigem, gelenklosem und lagerlosem
Rotorblattanschluss.
Gelenkig: rotorblatt um alle 3 achsen drehbar: 2 um die momente abzufangen eins um den anstellwinkel mit der taumelscheibe zu ändern
gelenklos: flexible Blattanschlüsse: Momente werden durch Biegung abgefangen
lagerlos: anstellwinkeländerung erfolgt über toprsion durch taumelscheibe
Worin besteht der Unterschied zwischen Hub- und Tragschrauber?
Tragschrauber Vortrieb wird durch >Propeller oder anderes Schuborgan herbeigeführt
Welche Steuerorgane besitzt ein Hubschrauber?
Triebwerksleistungshebel
Steuerknüppel
Pedale
kollektivpitch
Wozu dient der Heckrotor?
Um das drehmoment was durch den hauptrotor entsteht auszugleichen
Nennen und Beschreiben Sie Antriebskonzepte eines Hubschraubers ohne Heckrotor.
2,3 oder 4 rotoren deren momente sich gegenseitig aufheben
blattantriebe
Was ist die Ursache für Bodenresonanz?
Eine Bodenresonanz entsteht grundsätzlich nur bei vollem Bodenkontakt oder teilweisen Bodenkontakt des Hubschraubers. Im Flug kann, soweit mir bekannt, deshalb keine Bodenresonanz vorkommen.
Auslöser ist of ein heftiger Schlag auf das Landegestell oder die Räder des Hubschraubers, wie es z.B. bei einer harten Landung vorkommt. Als Folge eines solchen harten Schlages kann sich zwischen dem drehenden Rotor und der Hubschrauberzelle eine Schwingung mit steigender Amplitude aufbauen. Dies jedoch nur solange der Hubschrauber mit dem Boden in Kontakt bleibt. Der ständige Bodenkontakt "reflektiert" die Schwingung andauernd und lässt diese nicht abklingen oder entweichen.
Ein weiterer Auslöser kann auch sein dass der Masseschwerpunkt des Hubschraubers sich schlagartig verschiebt. Z.B. beim Zusteigen von Personen im Schwebeflug oder beim Verrutschen einer schweren Last im Hubschrauberrumpf.
Verschiebung rotorschwerpunkt durch profiländerung
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Lernkarten
Wie lautet die Definition der ersten astronautischen Geschwindigkeit?
Die erste kosmische Geschwindigkeit ist diejenige Kreisbahngeschwindigkeit, die es einem Körper erlaubt, direkt an der Oberfläche eines Planeten um diesen herum zu kreisen. Anschaulich ausgedrückt ist sie diejenige Geschwindigkeit, mit der eine waagrecht geschossene Kanonenkugel die Erde umrunden würde, ohne den Boden zu berühren. Da der Abstand zum Zentrum des Planeten in diesem Fall dem Radius R des Planeten entspricht, wird gesetzt.
.Die erste kosmische Geschwindigkeit für die Erde beträgt etwa 7,91 km/s (28476 km/h)
In welcher (geometrischen) Höhe fliegt ein geostationärer Satellit?
35.786 km
Wie ist die zweite astronautische Geschwindigkeit definiert?
Die zweite kosmische Geschwindigkeit ist die Mindestgeschwindigkeit für eine offene, nicht zurückkehrende Bahn
Wie ist die dritte astronautische Geschwindigkeit definiert?
Die dritte kosmische Geschwindigkeit ist die Fluchtgeschwindigkeit von der Sonne
6.) Welcher Einfluss wird in der internationalen Höhenformel gegenüber der barometrischen
Höhenformel berücksichtigt?
Standardatmosphäre liegt zu Grunde
Temperatur
Wie sind folgende Höhen definiert:
-geometrische Höhe, - absolute Höhe, - geopotenzielle Höhe
geometrisch: Abstand zum Meeresspiegel
absolut: Abstand zum Erdmittelpunkt
geopotentiell: änderung der Gravitation in Abhängigkeit vom Abstand zum Erdmittelpunkt
Aus welcher physikalischen Größe wird die Druckhöhe ermittelt?
Luftdruck
Was versteht man unter der Flugenvelope?
Von Machzahl und Flughöhe abhängiger Bereich in dem ein Flugzeug fliegen kann
begrenzt durch: Auftriebsgrenze, Leistungsgrenze, Temperaturgrenze, Festigkeitsgrenze
Welche Lage nehmen flugzeugfestes und aerodynamisches Koordinatensystem
zueinander ein?
Um den winkel alpha (Anstellwinkel) um die y-Achse gedreht → experimentell
und um den winkel beta (Schiebewinkel) um die z(a,e) achse gedreht
Welche Beziehung besteht zwischen dem experimentellen und dem flugzeugfesten
Koordinatensystem?
Beta schiebewinkel
ie lautet die Transformationsmatrix vom experimentellen ins aerodynamische
Koordinatensystem?
Cos sin 0
-sin cos 0
0 0 1
Welche Kontroll- und Steuerelemente (Ruder) besitzt ein Flächenflugzeug?
Höhenruder
Querruder
Seitenruder
Kennzeichnen Sie Unterschall-, Transsonische- , Überschall- und Hyperschallströmung
durch Ma – Zahl Bereiche.
Unterschall: überall Ma < 1
Transimscher Bereich: 0,8 < Ma < 1,2
Überschall: Ma > 1
Hyperschall: Ma > 4,5 – 5,5
Bei welcher Grenzschicht (laminar oder turbulent) liegt geringere Reibung an der
Oberfläche vor?
Laminar
Wodurch ist ein Laminarprofil gekennzeichnet?
Tragflügelprofil, bei dem durch eine bestimmte Formgebung (weit stromab gelegenes Dickenmaximum) der laminare Strömungszustand der Grenzschicht über einen großenBereich der Flügeloberfläche erhalten und damit der Reibungswiderstand gering bleibt.
Skizzieren Sie Ablösung und Wirbelbildung hinter einem Kreiszylinder!
Unterkritsch 70°
überkritisch 110°
Was hat die Ablösung der Grenzschicht zur Folge?
Wirbelbildung: -Energieverluste
- Widerstandszunahme
-Totwassergebiet
-rückläufige strömung zwischen profil und grenzschicht
-abdrängen der strömung
-zwei entgegengesetzt fließende strömungen
-instabil-> wirbelablösung
-wirbelenergie aus der strömung
-strake zunahme der reibung
Welche Auswirkung hat ein Turbulenzdraht?
Damit versucht man die strömung turbolent werden zu lassen um bei einem zu großen druckanstieg den Ablösepunkt weiter nach hinten zu verschieben und so die reibung zu verringern
Woraus besteht ein Grenzschichtzaun? Funktionsweise?
Parallel zur Längsachse stehender Blechsteg
verhindert die querströmung der Grenzschicht
Wie ist der Nullwiderstand definiert?
Darunter versteht man den Widerstand bei CA = 0, d.h. wenn der Flugel keinen ¨
Auftrieb produziert.
Der Nullwiderstand setzt sich zusammen aus dem Reibungswiderstand und
dem Druckwiderstand.
Wie ist die Skelettlinie eines Profils definiert?
Mittellinie zwischen oberer und unterer Profillinie
(kreise ins profil legen → mittelpunkte)
Bei einer Profilpolare wird …… über ……. Aufgetragen!
Auftrieb über Widerstand
Stellen Sie eine typische Profilpolare dar!
Wie ( - klammer auf die oben abgeknickt ist
optimaler zustand: kleiner widerstand bei großem auftrieb => tangente an polare durch nullpunkt
Worin unterscheiden sich geometrische und aerodynamische Verwindung?
Geometrisch → gleiche profile ; einstellwinkeländerung in richtung flügelachse „verdreht“
aerodynamisch → änderung profilform in richtung flügelachse
Aus welchen Anteilen setzt sich der Gesamtwiderstand eines Flugzeugs zusammen?
Profilwiderstand
schädlicher Widerstand: Rumpf, Fahrwerk, Gondeln, Anbauten
induzierter Widerstand
nullwiderstand( reibungswiderstand+druckwiderstand) +auftriebswiderstand
Die Bendemannsche Formel zur Berechnung des Propellerschubes lautet
. Erklären Sie die einzelnen Variablen!
3. wurzel ( 2 rho *Spr *P^2)
dichte
fläche propeller
standschub: kinetische energie des luftstroms
ind. Leistung
Wie ist die Gleitzahl definiert?
Gleitzahl (Epsilon) gibt an um welche Höhe ein Flugzeug sinkt, wenn es eine bestimmte horizontalflugstrecke zurücklegt
Wie kann man die Gleitzahl aus dem Polarendiagramm ermitteln?
Kleinster winkel bei linie durch ursprung des ko systems
Stellen Sie alle (incl. Trägheitskräfte) auf ein Flugzeug wirkenden Kräfte bei einem
Abfangbogen (symmetrische Flugbahn) dar!
-
Wie groß ist das Lastvielfache nz beim Durchfliegen eines Loopings mit konstanter
Geschwindigkeit v und Radius RL?
a = v^2 / R
Wodurch ist die Überziehgeschwindigkeit Vs charakterisiert?
Das ist jene Geschwindigkeit, unter welcher der Flügel auf
einmal nahezu schlagartig keinen Auftrieb mehr gibt.
Ursache des Auftriebsverlustes ist meist Abriß der Strömung oben.
Steuerfehler des Piloten. Durch Ziehen des Steuerknüppels wird der Anstellwinkel des Tragflügels so erhöht, daß der kritische Anstellwinkel erreicht wird, bei dem die Strömung am Tragflügel sich abzulösen beginnt. Beim Ü.verringern sich Fluggeschwindigkeit und Ruderwirksamkeit. Wird das Ü. nicht durch Drücken des Steuerknüppels beendet, löst sich die Strömung am ganzen Tragflügel ab. Der Auftriebsverlust führt zum Durchsacken oder Abkippen des Flugzeugs über den Tragflügel. Wird das Abkippen nicht richtig beendet, kann das Flugzeug ins --Trudeln kommen. Durch kräftiges Nachdrücken und Geschwindigkeitszunahme wird der überzogene Flugzustand beendet.
Niedriegste geschwindigkeit bei der , bei der das Flugzeug bei abgeschaltetem triebwerk noch steuerbar ist
Was ist unter der kritischen Entscheidungsgeschwindigkeit bei einem Startvorgang zu
verstehen?
Die Entscheidungsgeschwindigkeit (Decision Speed) bezeichnet die Geschwindigkeit eines startenden Flugzeuges, bis zu der ein Startabbruch erfolgen darf. Sie wird international mit v1 abgekürzt.
Was ist unter statischer Stabilität eines Flugzeugs zu verstehen?
Die aerodynamische Stabilität von antriebslosen Flugzeugen wird durch die Lage des aerodynamischen Druckpunktes zum Schwerpunkt bestimmt. Um eigenstabil zu sein muss der Schwerpunkt vor dem Druckpunkt liegen. Wird in diesem Fall die Lage der Längsachse gestört, entsteht durch den hinter dem Schwerpunkt liegenden Druckpunkt ein Drehmoment, das der Lageänderung entgegenwirkt. Die Längsachse wird dadurch in die Ausgangslage zurückgedreht.
Was ist unter `fly by wire´zu verstehen?
Steuerung des flugzeigs wird nicht mehr mechanisch übertragen sondern elektrisch
Erklären Sie den Unterschied zwischen gelenkigem, gelenklosem und lagerlosem
Rotorblattanschluss.
Gelenkig: rotorblatt um alle 3 achsen drehbar: 2 um die momente abzufangen eins um den anstellwinkel mit der taumelscheibe zu ändern
gelenklos: flexible Blattanschlüsse: Momente werden durch Biegung abgefangen
lagerlos: anstellwinkeländerung erfolgt über toprsion durch taumelscheibe
Worin besteht der Unterschied zwischen Hub- und Tragschrauber?
Tragschrauber Vortrieb wird durch >Propeller oder anderes Schuborgan herbeigeführt
Welche Steuerorgane besitzt ein Hubschrauber?
Triebwerksleistungshebel
Steuerknüppel
Pedale
kollektivpitch
Wozu dient der Heckrotor?
Um das drehmoment was durch den hauptrotor entsteht auszugleichen
Nennen und Beschreiben Sie Antriebskonzepte eines Hubschraubers ohne Heckrotor.
2,3 oder 4 rotoren deren momente sich gegenseitig aufheben
blattantriebe
Was ist die Ursache für Bodenresonanz?
Eine Bodenresonanz entsteht grundsätzlich nur bei vollem Bodenkontakt oder teilweisen Bodenkontakt des Hubschraubers. Im Flug kann, soweit mir bekannt, deshalb keine Bodenresonanz vorkommen.
Auslöser ist of ein heftiger Schlag auf das Landegestell oder die Räder des Hubschraubers, wie es z.B. bei einer harten Landung vorkommt. Als Folge eines solchen harten Schlages kann sich zwischen dem drehenden Rotor und der Hubschrauberzelle eine Schwingung mit steigender Amplitude aufbauen. Dies jedoch nur solange der Hubschrauber mit dem Boden in Kontakt bleibt. Der ständige Bodenkontakt "reflektiert" die Schwingung andauernd und lässt diese nicht abklingen oder entweichen.
Ein weiterer Auslöser kann auch sein dass der Masseschwerpunkt des Hubschraubers sich schlagartig verschiebt. Z.B. beim Zusteigen von Personen im Schwebeflug oder beim Verrutschen einer schweren Last im Hubschrauberrumpf.
Verschiebung rotorschwerpunkt durch profiländerung
