Vertikale Beschleunigung bei Landung

Steffen Pilot · Anmeldungsdatum: 28.03.2006 Beiträge: 2

Hallo, folgende Frage beschäftigt mich Hilfe

:
Ein Flugzeug nähert sich beim Landeanflug mit einer Sinkrate von 1,8 m/s dem Boden. Wie groß ist die vertikale Beschleunigung (maximum g-load) beim aufsetzen/Aufprall? Annahme 1,8 m/s = const. bis zur Landung, Masse = 220 t.
Weitergehende Frage: Jedes Flugzeug hat für die Belastung bei der Landung ein Strukturlimit (ausgedrückt in g-load). Dieses Limit ist doch für ein und denselben Flieger immer gleich, unabhängig vom Gewicht, oder?

Nikolas

Das ist nicht zu beantworten.
Bau bei deinem Flugzeug einmal die Stoßdämpfer aus und lande mit der gleichen Sinkgeschwindigkeit. Die Beschleunigung bei der Landung wird deutlich höher sein, da das Flugzeug sehr viel schneller abgebremst wird.
Die maximale Beschleunigung hast du, wenn das Flugzeug auf die Landebahn aufschlägt und keine Energie in Federn oder ähnlichem gespeichert werden kann. Das wird aber kein Flugzeug aushalten.

zum G-Load (Ich habe von dem Begriff noch nie etwas gehört und auch auf die Schnelle nichts gefunden).
So wie du es beschreibst, müsste es sich ja aus den Abmessungen der Streben, dem Material usw. errechnen lassen. Das Gewicht der Ladung sollte her unwichtig sein.
Wobei ich mir auch vorstellen kann, dass sich ein vollbeladener Aribus anders verhällt als ein leerer, aber wie groß dieser Effekt ist, kann ich dir nicht sagen.

Steffen Pilot · Anmeldungsdatum: 28.03.2006 Beiträge: 2

ok. ist logisch. wenn der aufprall nicht irgendwie gedämpft wird (pneus, stoßdämpfer) wird die Beschleunigung theoretisch unendlich groß. stimmt doch, oder? Dann zur Lösung meines Problems die Frage anders formuliert. Bei der Landung eines Verkehrsflugzeugs wird u.a. die vertikale Beschleunigung an fest definierten Zeitpunkten gemessen. Überschreitet einer dieser Werte (standard ist ca. 1,4 g) eine bestimmte Grenze (zB 2,25 g) dann muss der Flieger ein bestimmtes Wartungsereigniss erfahren. Wenn der Flieger also eine bestimmte g-load erfährt und diese dann über dem limit liegt, dann muss das doch unabhänig von der Masse sein, oder? Haben 2 unterschiedlich schwere Flieger die gleiche Sinkrate beim Aufsetzen, dann ist doch die g-Belastung die auf die Flieger wirkt auch unterschiedlich (vorausgesetzt alles andere = const.), oder? Finale Frage: Kann ich einen leichten Flieger mit einer höheren g-load belasten weil er leichter ist???

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das würde ich in erster Näherung (Flugzeugexperten sind mit ihren Modellrechnungen sehr genau, die rechnen das im Zweifelsfall sicher gerne nochmal selber numerisch und ganz genau) als eine mit konstanter Beschleunigung gebremste Bewegung rechnen, wobei ich die Bremsstrecke (also die Strecke, um die die Stoßdämpfer und vielleicht ein bisschen auch die Reifen des Flugzeuges beim Aufprall nachgeben) nicht kenne, sondern abschätzen muss.

Englisch bzw. vielleicht auch fliegerisch "g-load" heißt dabei, dass die Beschleunigung in Einheiten der Erdbeschleunigung g angegeben wird.

Mit der abzubremsenden Geschwindigkeit v=1,8 m/s und Bremsweg s=1 m ergibt sich eine Bremsbeschleunigung von:

Geben die Stoßdämpfer allerdings nicht um einen ganzen Meter, sondern nur um s=10 cm nach, dann ist a_B=16 m/s^2 = 1,7 * g.

(Ich schätze, innerhalb dieser beiden Abschätzungen dürfte ein typischer realer Wert für den Weg der Stoßdämpfer eines Flugzeuges liegen. )

Da diese Beschleunigung a_B unabhängig von der Masse m des Flugzeuges ist, nimmt die das Material belastende Bremskraft F=m*a_B linear mit der Masse zu. Der maximale g-load (die maximal zulässige Bremsbeschleunigung in Einheiten der Erdbeschleunigung) muss also aus den Materialdaten des Flugzeuges für das maximal zulässige Landegewicht berechnet werden, sonst droht eine Beanspruchung des Materials des Flugzeuges außerhalb seiner Spezifikationen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Gast

Erstmal vielen dank für eure prompten inputs!
"dermarkus", sehr schlüssig! Wird mir jetzt auch wieder klar. wenn ich einen gegenstand auf einer best. Strecke abbremse, erfährt er immer die gleiche Beschleunigung unabhängig von der Masse. Soweit so gut.
Habe jetzt noch folgendes Problem: Ich denke mal, dass bei der Landung eines schwereren Fliegers die Stoßdämpfer stärker einfedern, also "s" größer ist => "a" kleiner ist. Denke, dass es schwierig ist hierüber eine Aussage zu treffen, da dies natürlich von dem Schwingungsverhalten des Stoßdämpfers abhängig ist, oder? Deine Berechnungen sind für den Fall, dass ein Stoßdämpfer unabhängig von der Masse mit s=const. einfedert echt klasse.
Aber, eigentlich will ich die g-load ja garnicht berechnen, denn die wird ja vom Flieger gemessen. Also weiter...kann ich eine max. zulässige g-load für ein bestimmtes Gewicht so bestimmen?:
Bei 220t darf der Flieger laut Hersteller 2,25 g (22,07 m/s²) erfahren. Daraus folgt wegen F=m*a => F_max=4855,95 kN.
Hat der Flieger nun nur 160t, dann ergibt sich wegen a=F/m => a_max (für den 160t Flieger) = 3,1 g (30,35 m/s²).
Nachvollziehbar?
Jetzt stellt sich folgende Frage: Ist die g-load oder die Kraft für den Flieger limitierend. Doch eigentlich die Kraft, oder wie?!
Stutzig bin ich aus folgendem Grund: In der Luft ist für Flugzeuge auch eine max. g-load vom Hersteller veröffentlicht (-1g bis +2,5g). Ist dieser Wert gewichtsunabhängig nur der Einfachheit halber? Oder ist die g-load die ein Flieger in der Luft zB in einer Kurve erfährt nicht mit der g-load bei der Landung zu vergleichen.
Und noch weiter. Was ist mit Jet-Piloten? Die müssen doch in der Zentrifuge eine best. g-Belastung aushalten können (8g ?). Dann müsste dieser maximal-Wert eigentlich ja auch vom Gewicht des Piloten abhängig sein, oder ein schwerer Pilot muss bei der gegebenen Belastung einfach mehr aushalten als sein leichterer Kollege. Ist das so?
Fragen über Fragen...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Stimmt, was ich für de facto limitierend halte, ist in der Tat die Kraft, die bei Beschleunigungen das Material belastet. Bei einer Landung werden dabei unter anderem die Stoßdämpfer belastet, also müssen die so dimensioniert sein, dass z.B. ihre Federkonstante und der ihnen zur Verfügung stehende Weg so gewählt sind, dass sie die auftretenden Kräfte locker (mit Sicherheitsspielraum) abfangen können. In der Luft wirken diese Belastungskräfte woanders, zum Beispiel auf die Tragflächen. (Bei Kampfjets, die besonders wendig und stabil gebaut sind, wird dann irgendwann der Pilot, der drinsitzt, zum begrenzenden Faktor, der die hohen Beschleunigungen aushalten können muss. Mag sein, dass das für schwere Piloten schwieriger ist, weil auf sie größere Gesamtkräfte wirken.)

Aber Beschleunigungen kann man viel besser messen als die diversen Belastungskräfte. Also definiert man die Belastungsgrenze auch darüber, das heißt als maximalen g-load. Der gilt dann für ein voll beladenes Flugzeug. Für ein Flugzeug, das weniger als voll beladen ist, dürften im Notfall auch höhere Beschleunigungen verkraftbar sein, wenn die kritischsten Belastungskräfte (wie möglicherweise die auf Stoßdämpfer und Tragflügel ?) von der Gesamtmasse des Flugzeuges abhängen (Deine Rechnung mit den 3,1 g ist also nachvollziehbar, sofern das die Insassen schadlos überstehen). Ich würde aber nicht wetten wollen, dass ein Pilot bei leichterem Flugzeug auch wirklich heftigere Manöver fliegen darf, weil ich nicht abschätzen kann, ob es andere kritische Belastungen gibt, die nicht von der Gesamtmasse des Flugzeuges abhängen.