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Physinetz
Anmeldungsdatum: 20.09.2006
Beiträge: 317
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 Physinetz Verfasst am: 11. Nov 2019 21:57 Titel: Wo ist der Drehpunkt eines Flugzeugs? |
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Hallo,
angenommen ein Flugzeug ist im horizontalen Flug. Nun zieht der Pilot am Knüppel, sodass das Höhenruder ausschlägt, und der Anstellwinkel vergrößert wird.
Am Flügel ensteht ein erhöhter Auftrieb und dadurch ein zusätzliches Moment. Ich kenne das Thema Stabilität beim Flugzeug (Schwerpunkt vor Neutralpunkt). Trotzdem meine Frage: dieses zusätzliche Moment durch den Flügel lässt den Flieger um den Schwerpunkt des gesamten Fliegers rotieren, oder?
Quasi: ein Flugzeug rotiert immer um den Schwerpunkt?
Danke für Eure Hilfe
Physinetz |
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981
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| Frankx Verfasst am: 12. Nov 2019 08:26 Titel: |
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Den eigentlichen (Momentan-)Drehpunkt sollte man erkennen, wenn man sich die Bahnkurve des Fliegers anschaut.
Aus dem Abstand zum Drehpunkt (Radius) und der Geschwindigkeit ergeben sich ja auch dann die entsprechenden G-Kräfte auf den Piloten.
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Duke711
Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434
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| Duke711 Verfasst am: 15. Nov 2019 01:17 Titel: |
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Ich verstehe die Antwort von einem Frankx ist nicht
Natürlich dreht sich das Flugzeug wie jedes andere Objekt um seinen Schwerpunkt. |
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Qubit
Anmeldungsdatum: 17.10.2019
Beiträge: 829
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| Qubit Verfasst am: 15. Nov 2019 02:11 Titel: |
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Ja, letztlich sollte sich die Kinetik des Systems in eine Beschleunigung des Schwerpunkts und ein Drehmoment um eine Schwerpunktsachse zerlegen lassen.
Bei einem Flugzeug hast du verschiedene Massenmittelpunkte, die sich im Schwerpunkt vereinigen. Und du hast verschiedene Auftriebskräfte (denke, dass sind bei dynamischem Auftrieb auch die Summe der Kräfte der Druckpunkte, die sich mit Lage des Flugzeugs ändern?), also zB von Flügel und Höhenruder. Diese sollten in Summe vor dem Schwerpunkt liegen, resp. ein Drehmoment in Richtung des Auftriebs erzeugen.
Der "Neutralpunkt" sollte hierbei die maximale hintere Lage des Schwerpunktes beschreiben, so dass das Flugzeug noch in der Längsachse steuerbar ist.
Der Abstand von Schwerpunkt und Neutralpunkt sollte dann auch so etwas wie Stabilität der Flugrichtung bestimmen.
Änderst du nun das Höhenruder für Auftrieb, verschiebt sich der Schwerpunkt nach oben und das Flugzeug dreht sich gleichzeitig um den Schwerpunkt. |
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981
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| Frankx Verfasst am: 15. Nov 2019 09:15 Titel: |
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| Zitat: | Ich verstehe die Antwort von einem Frankx ist nicht
Natürlich dreht sich das Flugzeug wie jedes andere Objekt um seinen Schwerpunkt. |
Um welchen Punkt dreht sich ein Flugzeug beim Looping? Wo hat es seinen Schwerpunkt?
Natürlich kann man jede Bewegung für bestimmte rechentechnische Belange auch als Überlagerung mehrerer Teilbewegungen betrachten, so wie man lineare Bewegungen in beliebige vektorielle Teilbewegungen zerlegen kann.
Im obigen Fall (Looping) könnte man die Bewegung in mehrerer rotatorische Teilbewegungen zerlegen und dabei einen beliebigen Punkt in der Bahnebene (z.B. auch den Schwerpunkt) als einen der Rotationspunkte verwenden.
Insofern kann man natürlich sagen, jede Rotation eines Körpers ist auch eine Rotation um seinen Schwerpunkt. Aber das ist eine willkürliche Festlegung. Man hätte auch primär das Heck oder die Nasenspitze des Flugzeuges nehmen können und dann zusätzliche Teilbewegungen definieren müssen. Der Schwerpunkt bietet sich nur für einige Berechnungen an, weil dann bestimmte Terme (z.B. manche Steineranteile) aus der Formel entfallen.
Die G-Kräfte auf den Piloten resultieren aber, wie oben bereits gesagt, im wesentlichen aus der Rotation des Flugzeuges um den Momentanpol, beim Looping also der Mittelpunkt des Loopings und nicht aus einer Rotation um den Schwerpunkt.
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Duke711
Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434
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| Duke711 Verfasst am: 15. Nov 2019 11:56 Titel: |
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| Frankx hat Folgendes geschrieben: |
Um welchen Punkt dreht sich ein Flugzeug beim Looping? Wo hat es seinen Schwerpunkt? |
Immer noch um seinen Schwerpunkt. Ein Looping hat übrigens nichts mit dem Schwerpunkt zu tun. Das ist eine gekrümmte translatorische Bewegung inkl. der wirkenden Gravitation. Zerlege doch man die Schubkräfte, dann sollte es klar sein warum das Flugzeug so einen großen Bogen beim Looping macht. Würde man das Flugzeug an einen Pendel am Schwerpunkte aufhängen und am Höhenruder eine Kraft erzeugen, dann würde sich das Flugzeug exakt um seinen Schwerpunkt drehen ebenso wie es beim rollen der Fall ist. |
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981
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| Frankx Verfasst am: 15. Nov 2019 12:52 Titel: |
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| Zitat: | | Immer noch um seinen Schwerpunkt. |
Wenn sich das Flugzeug nur um den Schwerpunkt drehen würde, dann käme kein Looping zu stande, sondern es würde mit angehobener Nase gerade aus fliegen.
| Zitat: | | Ein Looping hat übrigens nichts mit dem Schwerpunkt zu tun. |
Genau das habe ich ja gesagt.
| Zitat: | | Das ist eine gekrümmte translatorische Bewegung inkl. der wirkenden Gravitation. |
1. Was ist eine "gekrümmte translatorische" Bewegung?
2. Bei einem idealen Looping gibt es überhaupt keine Translation.
| Zitat: | | Würde man das Flugzeug an einen Pendel am Schwerpunkte aufhängen und am Höhenruder eine Kraft erzeugen, dann würde sich das Flugzeug exakt um seinen Schwerpunkt drehen ... |
Wie ich bereits sagte. Du betrachtest hier nur eine willkürliche Teilbewegung. Dein Flugzeug am Pendel würde sich weder translatorisch bewegen, noch würde es einen Looping drehen.
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981
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| Frankx Verfasst am: 15. Nov 2019 13:13 Titel: |
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| Zitat: | | Am Flügel ensteht ein erhöhter Auftrieb und dadurch ein zusätzliches Moment. Ich kenne das Thema Stabilität beim Flugzeug (Schwerpunkt vor Neutralpunkt). |
Für die Frage der Flugstabilität spielt dies insofern eine Rolle, ob das zusätzliche Moment der Rotation des Flugzeugs um den Schwerpunkt entgegen wirkt oder es diese (Teil-)Bewegung unterstützt. Im letzteren Falle käme es zu einem selbstverstärkenden Effekt. Dies könnte zur Instabilität des Fliegers führen.
| Zitat: | Moment durch den Flügel lässt den Flieger um den Schwerpunkt des gesamten Fliegers rotieren, oder?
Quasi: ein Flugzeug rotiert immer um den Schwerpunkt? |
Man kann für diesen Aspekt (Flugstabilität) die Gesamtbewegung des Fliegers in Teilbewegungen zerlegen und dabei eine Rotation um den Schwerpunkt postulieren.
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Duke711
Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434
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| Duke711 Verfasst am: 15. Nov 2019 13:51 Titel: |
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| Frankx hat Folgendes geschrieben: |
Wenn sich das Flugzeug nur um den Schwerpunkt drehen würde, dann käme kein Looping zu stande, sondern es würde mit angehobener Nase gerade aus fliegen. |
Falsch. Ein Looping entspricht eine Umdrehung um die Schwerpunktachse.
| Frankx hat Folgendes geschrieben: |
1. Was ist eine "gekrümmte translatorische" Bewegung?
2. Bei einem idealen Looping gibt es überhaupt keine Translation. |
Nein aus welchen Vektoren setzt sich denn die Resultierende bei einen Looping zusammen?
Aus zwei translatorischen Kräften. Einmal die horizontale und vertikale Komponente. Denn Bei einem Looping wird nur ein Teil der Schubkraft umgelenkt. Aus diesem Grund fliegt das Flugzeug einen großen Bogen der mit steigender Schubkraft zu nimmt.
| Frankx hat Folgendes geschrieben: | | Wie ich bereits sagte. Du betrachtest hier nur eine willkürliche Teilbewegung. Dein Flugzeug am Pendel würde sich weder translatorisch bewegen, noch würde es einen Looping drehen. |
Auch das ist falsch. Ohne Triebwerk und somit der horizontalen Kraftkomponente fliegt, an an einem Pendel aufgehangen, das Flugzeug den idealen Looping in dem es genau um seinen Schwerpunkt dreht.
Man kann übrigens eine Loopingbahn in finite Teilsegmente zerlegen und stellt dabei fest das in jedem Teilsegment das Flugzeug genau um seinen Schwerpunkt dreht. Die translatorische (horizontale) Komponente vergrößert nur den Radius um den Schwerpunkt und somit den Looping. Wäre diese null ,wie beim Pendel, würde das Flufzeug genau um seinen Schwerpunkt drehen.
Und genau das war mit einer grümmten translatorischen Bewegung gemeint. Ein Ball im schiefen Wurf fliegt auch nur deshalb eine Parabel weil er nach unten abgelenkt wird, die Bewegung ist trotzdem noch translatorisch, wie eben bei einen nicht idealen Looping. |
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981
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| Frankx Verfasst am: 15. Nov 2019 14:40 Titel: |
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| Zitat: | | Ein Looping entspricht eine Umdrehung um die Schwerpunktachse. |
Ein Looping ist ein Flugfigur als vertikale Schleife bzw. vertikaler Kreis. Damit ist klar, dass eben nicht eine Rotation um die Schwerpunktachse reicht, da ein Kreis eben auch einen Radius hat.
| Zitat: | Nein aus welchen Vektoren setzt sich denn die Resultierende bei einen Looping zusammen?
Aus zwei translatorischen Kräften. |
Was hat das jetzt mit Kräften zu tun? Wir reden über Bahnkurven, also reine Geometrie. Durch welche Kräfte das Flugzeug auf dieser Bahn gehalten wird, das steht auf einem anderen Blatt.
| Zitat: | | Ohne Triebwerk und somit der horizontalen Kraftkomponente fliegt, an an einem Pendel aufgehangen, das Flugzeug den idealen Looping in dem es genau um seinen Schwerpunkt dreht. |
??? Jetzt wird es komplett mysteriös.
| Zitat: | | Und genau das war mit einer grümmten translatorischen Bewegung gemeint. Ein Ball im schiefen Wurf fliegt auch nur deshalb eine Parabel weil er nach unten abgelenkt wird, die Bewegung ist trotzdem noch translatorisch, wie eben bei einen nicht idealen Looping. |
Wenn ein Flieger einen Looping mit Radius 1000m fliegt, dann könnte man das z.B. auch als Überlagerung von Translation in Z-Richtung (+-1000m) + Translation in X-Richtung(+-1000m) + Rotation (360°) um den Schwerpunkt betrachten.
Oder man betrachtet es einfach nur als Rotation (360°) um den Mittelpunkt des Loopingkreises, also mit Radius 1000m. Dann braucht es keinerlei Translation, dann ist aber auch der Rotationsmittelpunkt nicht identisch mit dem Schwerpunkt.
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