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BWLV - Fluglehrer - Fortbildungslehrgang Samstag, 26. Februar 2005, Klippeneck

BWLV - Fluglehrer - Fortbildungslehrgang Samstag, 26. Februar 2005, Klippeneck. Wichtige Zusammenhänge zu den Flugbetriebsgrenzen: Überladung – Fluggeschwindigkeit – Böenlasten (eine flugphysikalische Betrachtung zu den Sicherheits-Margen).

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BWLV - Fluglehrer - Fortbildungslehrgang Samstag, 26. Februar 2005, Klippeneck

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Presentation Transcript

  1. BWLV - Fluglehrer - Fortbildungslehrgang Samstag, 26. Februar 2005, Klippeneck Wichtige Zusammenhänge zu den Flugbetriebsgrenzen:Überladung – Fluggeschwindigkeit – Böenlasten(eine flugphysikalische Betrachtung zu den Sicherheits-Margen) BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  2. Folgende Inhalte werden angesprochen und vermittelt:- Zulassungsvorschriften- Bemessungsgeschwindigkeiten- Manövergeschwindigkeit- „flight-envelope“ (v-n-Diagramme)a) Abfangmanöverb) Böenbelastungen- Durchflug durch eine Böe - Flug in großer Höhe - Gewichtseinflüsse (Überladung) BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  3. Bauvorschriften: • Zulassungsgrundlagen/-grenzen für den Hersteller  Betriebsgrenzen für den Piloten BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  4. BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  5. Ein gutes Beispiel für diese Kette der „Verantwortungsabwälzung“: A300 Absturz von Queens (11.10.2001) Einfug eines A300 von American Airlines in die Wirbelschleppen einer vorausfliegenden B747 A300 rollt um die Längsachse, F/O reagiert mit QR und SR Bruch der Seitenflosse aus CFK( http://www.ntsb.gov/events/2001/AA587 ) BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  6. Ein gutes Beispiel für diese Kette der „Verantwortungsabwälzung“: A300 Absturz von Queens (11.10.2001) NTSB: „...cause of this accident was the in-flight separation of the vertical stabilizer as a result of the loads beyond ultimate design that were created by the first officer’s unnecessary and excessive rudder pedal inputs...“ Flug und Betriebshandbuch muss die „Bibel“ für den Piloten sein !!! BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  7. BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  8. Die in den Bauvorschriften definierten Fluggeschwindigkeiten VS Mindestfluggeschwindigkeit (Überziehgeschwindigkeit bei MTOW oder kleinste stetige Geschwindigkeit, bei der das Luftfahrzeug noch steuerbar ist) VSF Mindestfluggeschwindigkeit mit Klappen (errechnete Überziehgeschwindigkeit bei voll ausgefahrenen Flügelklappen und bei MTOW) VS0 Überziehgeschwindigkeit oder kleinste stetige Geschwindigkeit, bei der das Luftfahrzeug in Landekonfiguration noch steuerbar ist VF Bemessungsgeschwindigkeit mit ausgefahrenen Flügelklappen (erlaubte Maximalgeschwindigkeit mit Klappen) VA Bemessungs-Manövergeschwindigkeit (Höchstgeschwindigkeit für Flugmanöver mit vollem Ruderausschlag, grüner Bereich JAR 22) VB Bemessungsgeschwindigkeit für Böenlasten bei maximaler Böenstärke (BfU95 ~ VA) (LTF-UL 2003: ~ VH, gelber Strich) VNO strukturelle Bemessungs-Reise-Geschwindigkeit (grüner Bereich FAR 23) Vc Bemessungs-Reise-Geschwindigkeit VNE zulässige Höchstgeschwindigkeit (roter Strich) VD Bemessungshöchstgeschwindigkeit (Höchstgeschwindigkeit im Bahnneigungsflug) VDF höchste im Flugversuch nachgewiesene Bahnneigungsgeschwindigkeit VH Höchstgeschwindigkeit im Horizontalflug bei höchstzulässiger Dauerleistung VL0 zulässige Höchstgeschwindigkeit für das Betätigen des Fahrwerks VT zulässige Höchstgeschwindigkeit für den Flugzeugschlepp BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  9. v-n-Diagramm für Abfangmanöver-Lastfälle nach JAR 22 BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  10. Durchflug einer vertikalen Böe BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  11. Verschiedene Böen-Formen BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  12. Böen-v-n-Diagramm nach JAR 22 BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  13. BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  14. BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  15. Noch eine Anmerkung: • Böen- und Abfanglastvielfache werden nur getrennt betrachtet: • Das Ziehen hoher Abfanglastvielfache bei Böigkeit ist laut Flug- und Betriebshandbuch verboten. • aber: • Was passiert, wenn der Pilot beim Durchflug der Böe nach hinten rutscht und zusätzlich am Knüppel zieht ? •  Dies ist in den Vorschriften nicht vorgesehen . . . BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  16. Belastungsversuch(bei Einzelstücken) Die dimensionierende Last bei j=1,5 muss 3 Sekunden lang ertragen werden. Belastung mit 2,9 Tonnen Zementsäcken, um ein Lastvielfaches von -2,65 g zu simulieren. akaflieg Stuttgart, fs33 BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  17. Bruchversuch (bei Musterzulassung, hier DG-1000) unbelastet (j=0) unmittelbar vor dem Bruch (j=1,95) Prüftemperatur 54°C, j=1,725 werden gefordert (JAR22, Faserverbundbauweise), gewertet wird das Lastvielfache 3 Sekunden vor dem Bruch. BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  18. v-n-Diagramm und Farbmarkierungen nach FAR 23 BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  19. Beispiel für ein v-n-Diagramm für nach FAR 23 BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  20. Einfluss der Höhe und der Machzahl BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  21. Neben einer Strukturüberlastung gibt es auch noch die Gefahr einer aeroelastischen Wechselerscheinung: Das Flattern Unter Flattern versteht man das aeroelastische Verhalten einer Flugzeugstruktur bei gewissen Eigenfrequenzen. Da Flügel, Rümpfe und Leitwerke nicht wirklich starr sind und eine gewisse Strukturweichheit besitzen können sie sich unter dem Wechselspiel von Luft- und Massenkräften biegen und verdrehen. Flattern tritt immer dann auf, wenn dem Schwingungs-vorgang aerodynamisch mehr Energie zugeführt wird, als durch die Strukturdämpfung verloren geht. Somit ist die Flattergrenze kein Festigkeitskriterium für die Struktur, sondern oft die aeroelastische Begrenzung der maximal Fluggeschwindigkeit. BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  22. Flattern SB 9 der Akaflieg Braunschweig mit GFK-Flügel (1970) V = 90 km/h Biegegrundschwingung f = 3,3 Hz V = 140 km/h 1. Oberschwingung f = 5,8 Hz => SB 10 der Akaflieg Braunschweig erste Flugzeug mit Kohlegurten (1972) BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  23. Flattern Der Nachweis der Flattersicherheit erfolgt im Allgemeinen über Standschwingungsversuche am DLR-Institut für Aeroelastik in Göttingen. Forschungsflugzeug DG-300/17 der DLR mit zusätzlichem Wasserballast im Flügel, hier bei einer praktischen Überprüfung der Flatter-Rechnungen: BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  24. Aeroelastische Wechselerscheinung: Flattern • Es gibt auch ein Flattern der Steuerorgane (vor allem QR und HR), • mit folgenden weiteren Einflüssen: • Massenträgheit der Ruder (Bestimmung der Restmoment nach Reparatur und Lackierung!) • Steuerverhalten des Piloten (ruhig, harmonisch  nervös, hektisch) • ausgeschlagene Rudergestänge, Ruderlagerungen • Vorschädigungen in der Struktur (weniger Strukturdämpfung) • Hans-Werner Grosse: • „Am Silvestertag 1990 stiegen wir auf 1250 m, um mit Höchstfahrt die Startlinie unter 1000 m zu unterfliegen. Dabei machte ich einen groben Fehler: Beim Versuch, unerwartet durchflogene Thermik wegzudrücken, habe ich durch Überschreiten der Höchstgeschwindigkeit Höhenruder-Flattern provoziert. Meinem Co wurde der Camcorder aus der Hand gerissen. Trotz steilen Hochreißens hat sich das Flugzeug erst nach 8 Sekunden beruhigt. Bei uns dauerte es etwas länger. Nach kurzem Test entschlossen wir uns weiterzufliegen, aber 220 km/h nicht zu überschreiten.“ • (Die FAI bestätigte diesen Flug später als neuen Geschwindigkeitsweltrekord über ein 500-km-Dreieck mit 171,1 km/h.) • „Aber am nächsten Tag holte uns dann die Wirklichkeit ein. Obwohl bei einem intensiven Check am Boden kein Schaden festgestellt worden war, muss wohl die Höhenflosse gestern vorgeschädigt worden sein: Über der Startlinie hatten wir bei deutlich niedrigerer Geschwindigkeit erneut einen Flatterfall! • Nach sofortiger vorsichtiger Landung stellten wir am Boden schwere Schäden am Höhenleitwerk fest.“ BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  25. Einfluss einer Überladung Auswirkungen auf . . . • Mindestfluggeschwindigkeit (Überziehgeschwindigkeit)  Start- und Landestrecken  Abkippen im Landeanflug (Unfallschwerpunkt) • Strukturbelastungen im Fluge („Luftzerleger“) • Fahrwerksbelastungen (auf holprigem Grasplatz auch beim Rollen!!!) • Flugverhalten • Rechtliche Aspekte BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  26. Vergleich der Luftfahrzeug-Arten Motorsegler (JAR 22): MTOW: 850 kg max. 2 Personen vS : max. 85 km/h n: + 5,3 geringstes Sinken: 1,2 m/s MTOW/b² < 3 kg/m² ULs (BfU 95): MTOW: 450 kg max. 2 Personen vS : max. 65 km/ h n: + 4,0 Motorflugzeuge (JAR 23): MTOW: 5670 kg max. 9 Personen vS : max. 113 km/ h n: + 3,8 ULs (LTF-UL 03): MTOW: 450 kg (472,5 kg) max. 2 Personen vS : max. 65 km/ h vD > 1,2 vH ; vD > 1,5 vA vB = 0,9 vH ; vB = vA BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  27. Vergleich der Luftfahrzeug-Arten (beispielhafte Daten) HK 36 R DR 400 UL mMTOW: 770 kg 1000 kg 450 kg mleer : 573 kg 612 kg 297 kg VS : 74 km/h 99 km/h 62 km/h VA : 176 km/h 215 km/h 130 km/h VB : 210 km/h 260 km/h 130 km/h VNE : 261 km/h 308 km/h 170 km/h mÜberlad. : 792 kg 1015 kg 522 kg mÜberlad. / mMTOW: 1,03 1,01 1,16 (90 kg pro Sitzplatz und vollen Tank) BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  28. Zusammenfassung Eine Überladung... • erhöht VS (20% zu schwer erfordert ca. 10% mehr Geschwindigkeit) • erhöht die Sartstrecke (20% zu schwer erfordert >> 10% mehr) • beeinflusst die Strukturfestigkeit bis VA nicht Vorsicht: Bei Geschwindigkeiten über VA Überlastungsgefahr !!! • verringert die bei Böen erlaubte Geschwindigkeit (gelber Strich) (20% zu schwer um ca. 10%) • verringert die beim Kunstflug erlaubten Lastvielfachen proportional zur Überladung BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  29. Häufig gehörte Irrtümer:„Im grünen Bereich sind abrupte Vollausschläge erlaubt, gerissene halbe Rollen also kein Problem.“„Bei dem Sicherheitsfaktor von 1,5 kann man beim Abstieg aus der Welle den Roten Strich auch mal geringfügig überschreiten.“„Eine Überladung von 20% strapaziert bei einem Sicherheitsfaktor von 1,5 mein Flugzeug doch nicht.“ BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

  30. Internetadressen der gezeigten Bilder/Videos bzw. sonstige Informationsseiten: A300-Absturz nach Seitenflossenbruch (Bilder und animierte Simulationen):http://www.ntsb.gov/events/2001/AA587/ Bruchversuch an den Flügeln der DG-1000: http://www.dg-flugzeugbau.de/bruchversuch-d.html Flattern der SB 9: http://www.onera.fr/cahierdelabo/english/aleg2.htm Flattern der DG 300/17 :http://www.dg-flugzeugbau.de/dg1000-flattern-d.html Untersuchungsberichte der Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung (BFU): http://www.bfu-web.de/berichte hier speziell: http://www.bfu-web.de/berichte/02_3x046dub.pdf Überladung bei Luftfahrzeugen: http://www.weller-flugzeugbau.de/Massenzusammenhange.pdf * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Anschrift: Institut für FlugzeugbauUniversität StuttgartPfaffenwaldring 3170569 Stuttgart Telefon: 0711 / 685-2401 Fax: 0711 / 685-2065 e-mail: keilig@ifb.uni-stuttgart.de Homepage: www.ifb.uni-stuttgart.de BWLV-Fluglehrerfortbildung, 26. Februar 2005, Klippeneck

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