5.4  Steuerung

               Control

 

5.4.1  Allgemeines

Grundlagen, Achsensysteme

Mit dem Lenkrad eines Autos kannst du nur nach links oder nach rechts lenken, denn es bewegt sich in einer zweidimensionalen Ebene. Ein Flugzeug dagegen bewegt sich im dreidimensionalen Raum. Es muss in der Lage sein, Bewegungen um drei Achsen (siehe Abb. 5.4.2) auszuführen. Daher benötigt ein Flugzeug eine Steuerung, die kontrollierte Bewegungen um die Hochachse, die Querachse und die Längsachse ermöglicht.

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Abb. 5.4.1  Hand- und Fußsteuer

Vor dem Sitz des Piloten findest du das Handsteuer. In Segelflugzeugen ist dies immer ein Steuerknüppel, in Motorflugzeugen häufig ein Steuerhorn. Im Fußraum ist das Fußsteuer untergebracht. Das sind die Seitenruderpedale. Mit diesen Steuern kontrollierst du die Bewegungen des Flugzeugs um seine drei Achsen. Wie du das machst, darum geht es in diesem Kapitel.

 5 4 2Abb. 5.4.2  Achsen des Flugzeugs

Die Längsachse ist eine gedachte Linie vom Heck zur Nase des Flugzeugs. Die Querachse verläuft von einer Flügelspitze zur anderen. Die Hochachse steht senkrecht auf der durch Längs- und Querachse aufgespannten Ebene. Alle drei Achsen gehen durch den Schwerpunkt und stehen senkrecht aufeinander.

Um die Bewegung eines Flugzeugs zu beschreiben ist es manchmal nützlich, zusätzlich die Richtungen der drei Achsen zu berücksichtigen. Sie sind so festgelegt:

            Längsachse (x-Achse) – positiv nach vorn (in Flugrichtung)

            Querachse   (y-Achse) – positiv nach rechts

            Hochachse   (z-Achse) – positiv nach unten

Ein Flugzeug bewegt sich normalerweise nach vorn in Richtung der Längsachse. Seine Fluggeschwindigkeit ist immer positiv, rückwärts kann ein Flugzeug nicht fliegen.

Bewegt sich ein Flugzeug zusätzlich in Richtung der Querachse, dann schiebt es – nach rechts positiv nach links negativ.

In Richtung der Hochachse geht es um Steigen und Sinken. Sinkt es, dann hat die Geschwindigkeit in Hochachsenrichtung ein positives Vorzeichen; steigt es, dann ist das Vorzeichen negativ.

 

5 4 3Abb.5.4.3  Leitwerksflächen

Ein Segelflugzeug hat drei Leitwerksflächen:

Das Höhenleitwerk besteht aus der Höhenflosse, an der eine drehbare Klappe, das Höhenruder, angebracht ist. Es gibt auch das so genannte Pendelleitwerk, das nur aus einer einzigen beweglichen Teil besteht. Pendelruder bedeutet das gleiche. Das Höhenruder wird durch Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Steuerknüppels verstellt.

Das Seitenleitwerk besteht aus der Seitenflosse und dem Seitenruder. Das Seitenruder wird durch Treten der Pedale verstellt.

Die Querruder sind Klappen, die im Außenbereich der Flügel an der Hinterkante angebracht sind. Die Querruder werden durch seitliches Bewegen des Steuerknüppels verstellt.

Mit diesen drei Rudern kann das Segelflugzeug um seine drei Achsen gesteuert werden.

5 4 4Abb. 5.4.4  Bewegung des Flugzeugs um seine drei Achsen

  • Ein Ausschlag des Höhenruders bewirkt eine Drehung um die Querachse. Diese Drehbewegung bezeichnen wir als Nicken.
  • Ein Ausschlag des Querruders bewirkt eine Drehung um die Längsachse. Diese Drehbewegung bezeichnen wir als Rollen.
  • Ein Ausschlag des Seitenruders bewirkt eine Drehung um die Hochachse. Diese Drehbewegung bezeichnen wir als Gieren oder Wenden.

Sekundäreffekte

Bewegungen des Flugzeugs um seine Querachse werden nur mit dem Höhenruder gesteuert. Seiten- und Querruder haben keinen Einfluss.

Bewegungen des Flugzeugs um seine Längsachse werden primär mit dem Querruder gesteuert. Jedoch beeinflussen auch Seitenruderausschläge die Bewegung um die Längsachse. Dies ist der Sekundäreffekt des Seitenruders.

Bewegungen des Flugzeugs um seine Hochachse werden primär mit dem Seitenruder gesteuert. Jedoch beeinflussen auch Querruderausschläge die Bewegung um die Hochachse. Dies ist der Sekundäreffekt des Querruders.

Wir werden die Sekundäreffekte bei den einzelnen Rudern besprechen.

Anstellwinkeländerung

Noch ein Wort zum Begriff Höhensteuer: Anders als zu vermuten wäre, kannst du die Flughöhe mit dem Höhensteuer nicht kontrollieren. Wie du gleich sehen wirst, kontrollierst du mit dem Höhensteuer den Anstellwinkel. Dass der Anstellwinkel entscheidend ist für die Größe des Auftriebsbeiwerts cA weißt du ja schon. Über den Anstellwinkel hast du direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit – du musst dich nur an die Auftriebsformel erinnern (Abschnitt 5.1.3).

5.4.2  Nicksteuerung

Wenn du den Knüppel nach vorne drückst, senkt sich die Nase des Flugzeugs nach unten. Der Anstellwinkel wird kleiner und die Geschwindigkeit nimmt zu. Wenn du den Knüppel zu dir hinziehst, hebt sich die Nase nach oben, der Anstellwinkel wird größer und die Geschwindigkeit nimmt ab.

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Abb. 5.4.5  Nickbewegung

Höhenleitwerk

Wenn sich das Leitwerk hebt und die Nase senkt, ist das eine Drehung um die Querachse. Das Höhenleitwerk mit dem Höhenruder dient dazu, dem Piloten das Fliegen mit einem bestimmten Anstellwinkel zu ermöglichen. Wenn du die Längsneigung änderst, ändert sich auch der Anstellwinkel und du fliegst mit einer anderen Geschwindigkeit. Das Höhenleitwerk ist so weit von der Querachse entfernt, um ein möglichst großes Moment (Kraft mal Hebelarm) um die Querachse zu erzeugen. So kannst du das Flugzeug mit kleinen Steuerkräften in die gewünschte Lage bringen.

 5 4 7Abb. 5.4.6  T-Leitwerk

Auf den meisten Bildern sieht man Segelflugzeuge mit T-Leitwerk. Bei einem T-Leitwerk sitzt das Höhenleitwerk auf dem Seitenleitwerk. Diese Leitwerksanordnung ist heute am häufigsten anzutreffen. Bei den meisten älteren Segelflugzeugtypen befinden sich das Höhenleitwerk am unteren Ende des Seitenleitwerks, und wir nennen es Kreuzleitwerk. Darüber hinaus kennen wir auch das sehr seltene V-Leitwerk. Üblicherweise besteht ein Leitwerk aus der feststehenden (Dämpfungs-) Flosse und dem beweglichen Ruder.

5 4 6Abb. 5.4.7  SB-5 mit V-Leitwerk

Beim V-Leitwerk sind Seitenleitwerk und Höhenleitwerk kombiniert. Es gibt zwei Leitwerksflächen, die zusammen eine V-Form bilden. Hinter den Flossen befinden sich die beweglichen Ruder.

5 4 8Abb. 5.4.8  Pendelleitwerk

Bei einem Pendelleitwerk (du kannst auch Pendelruder sagen, das bedeutet das Gleiche) sind Höhenflosse und Höhenruder eine Einheit. Das gesamte Höhenleitwerk bewegt sich, und bewirkt so das gewünschte Moment um die Querachse.

Auswirkung des induzierten Abwinds

Wir wissen bereits, dass sich die verschiedenen von der Luft umströmten Bauteile eines Flugzeugs gegenseitig beeinflussen. Erinnere dich an den Interferenzwiderstand. Außerdem hast du gelernt, dass die Luft, die den Flügel umströmt, nach unten abgelenkt wird. Nur dadurch kann Auftrieb erzeugt werden.

Im vom Flügel induzierten Abwind fliegt das Höhenleitwerk. Es wird daher unter einem kleineren Anstellwinkel angeströmt, als der Flügel. Außerdem musst du berücksichtigen, dass das Höhenleitwerk meistens einen anderen Einstellwinkel hat, als der Flügel. Die Anordnung Flügel vorn – Höhenleitwerk dahinter führt dazu, dass die Wirksamkeit des Höhenleitwerks etwa um 20% vermindert wird und deswegen entsprechend größer sein muss. Bei umgekehrter Konfiguration, einem Entenleitwerk (das liegt vor dem Flügel), würde dessen Wirksamkeit durch den Flügeleinfluss nicht beeinträchtigt, sondern sogar verbessert. Leider hat ein Entenflugzeug mit vorne liegendem Höhenleitwerk andere Nachteile, so dass es bei Segelflugzeugen diese Konfiguration nicht gibt.

Schwerpunktlage

Im nächsten Kapitel 5.5 geht es um Betriebsgrenzen. Zu den Betriebsgrenzen eines Flugzeugs gehört auch die Eingrenzung der Lage des Schwerpunkts, der zulässige Schwerpunktbereich. Die hintere Grenze ergibt sich aus der Notwendigkeit, dass das Flugzeug ein stabiles Flugverhalten aufweisen muss und sicher aus einer Trudelbewegung herausgesteuert werden kann.

Die vordere Grenze hat mit der Wirksamkeit des Höhenleitwerks zu tun. Liegt der Schwerpunkt weit vorn, kannst du beim engen Thermikkreisen nicht mehr ausreichend ziehen, du hast den Steuerknüppel immer wieder am Bauch, am hinteren Anschlag. Sehr schwere Piloten können ein Lied davon singen. Läge der Schwerpunkt sogar vor der vorderen Grenze des zulässigen Bereichs, könntest du bei der Landung nicht richtig abfangen und wärest nicht in der Lage, mit Landegeschwindigkeit aufzusetzen. Das darf natürlich nicht sein – du darfst die zulässige Höchstzuladung im Pilotensitz nicht überschreiten. Dann ist sichergestellt, dass die vordere Schwerpunktgrenze eingehalten wird.  

5.4.3  Giersteuerung

Fußsteuer und Seitenleitwerk

Mit dem Fußsteuer, also den Seitenruderpedalen steuerst du das Ruder. Wenn du das rechte Pedal trittst, schlägt das Ruder nach rechts aus. Das Seitenleitwerk wird nach links gedrückt, und deshalb schwenkt die Nase nach rechts. Dies ist die Drehung um die Hochachse. Man nennt sie Gieren oder Wenden.

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Abb. 5.4.9  Gierbewegung

Das Seitenleitwerk befindet sich am Ende des Rumpfes, weit entfernt von der Hochachse. Durch den Auftrieb des Seitenleitwerks (er wirkt nach der Seite) entsteht ein Moment um die Hochachse. Aufgrund des langen Leitwerksträgers („Kraft mal Hebelarm“) ist ein kleines Leitwerk in der Lage, eine kräftige Drehung um die Hochachse zu hervorzurufen.

Schieberollmoment

Wenn du Seitenruder links gibst, giert/wendet das Segelflugzeug nach links. Du siehst, dass die Nase nach links wegdreht, das Segelflugzeug schiebt. Aber was passiert außerdem?

 5 4 10Abb. 5.4.10  Schieberollmoment

Der rechte Flügel schwenkt nach vorne. Er wird also schneller angeblasen, und ein Flügel mit höherer Geschwindigkeit liefert mehr Auftrieb. Der linke Flügel liefert, weil er zurückbleibt, aufgrund der geringeren Geschwindigkeit weniger Auftrieb. Die Folge ist, dass der größere Auftrieb den rechten Flügel anhebt, das Flugzeug rollt. Die Sekundärwirkung des Gierens ist eine Rollbewegung. Das ist vorteilhaft, denn wir gieren, um eine Kurve einzuleiten. Der Sekundäreffekt (Rollen) unterstützt die Querneigung, die für den Kurvenflug nötig ist.

5.4.4  Rollsteuerung

Mit dem Steuerknüppel bewegst du die Querruder. Wenn du den Steuerknüppel nach rechts drückst, drehst du das linke Querruder nach unten und das rechte nach oben. Der Auftrieb am linken Flügel wird größer, der Auftrieb am rechten Flügel wird kleiner. Daher hebt sich der linke Flügel, und der rechte Flügel senkt sich. Diese Drehbewegung nennen wir Rollen. Das Segelflugzeug rollt um seine Längsachse. Dies ist eine gedachte Linie durch den Rumpf des Flugzeugs, also von der Nase durch den Schwerpunkt zum Schwanz.

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Abb. 5.4.11  Rollbewegung

Querruderwirkung bei verschiedenen Flugzuständen

Bei normalen Geschwindigkeiten wirkt das Querruder so, wie es soll. Bei höheren Geschwindigkeiten nehmen die Steuerkräfte zu, – wie bei den anderen Rudern auch –, und um die gewünschte Querruderwirkung zu erzielen, musst du den Steuerknüppel etwas energischer anfassen.

Vorsicht ist geboten, wenn sich die Geschwindigkeit der Mindestgeschwindigkeit nähert. Du fliegst dann mit einem sehr hohen Anstellwinkel, aber die Strömung liegt am Profil noch an. Betätigst du jetzt das Quersteuer, dann schlägt eins der beiden Querruder nach unten aus und vergrößert so die Pofilwölbung. Für das stärker gewölbte Profil ist der momentane Anstellwinkel aber zu groß, und die Strömung reißt im Querruderbereich ab. Statt die gewünschte Rollbewegung einzuleiten kippst du nach der andern Seite ab und könntest sogar ins Trudeln geraten. Was du in dem Fall zu tun hast, lernst du in Kapitel 5.6. Eins kannst du dir aber gleich und für immer einprägen: Wenn du zu langsam wirst, musst du sofort und als allererstes den Anstellwinkel verkleinern. Also nachdrücken, das heißt Knüppel nach vorn, Nase nach unten. Erst wenn dein Flugzeug wieder in normaler Fluglage ist und mit Normalgeschwindigkeit fliegt, kannst du ohne Gefahr das Querruder benutzen.

Negatives Wendemoment

Wenn wir den Flügel horizontal halten, fliegt das Flugzeug geradeaus. Was passiert, wenn wir den Knüppel nach links bewegen? Klar, der rechte Flügel hebt sich, der linke neigt sich nach unten. Aber das ist noch nicht alles, wir müssen die Sache genauer untersuchen.

Eine Bewegung des Steuerknüppels nach links führt zu einem Ausschlag des rechten Querruders nach unten und zu einem linken Querruderausschlag nach oben. Der rechte Flügel mit dem Querruderausschlag nach unten liefert größeren Auftrieb, der linke Flügel mit dem nach oben ausgeschlagenen Querruder erzeugt kleineren Auftrieb. Durch diese Auftriebsdifferenz dreht sich das Flugzeug um seine Längsachse, in diesem Beispiel gegen den Uhrzeigersinn (in Flugrichtung gesehen).

5 4 12 Abb. 5.4.12  Negatives Wendemoment

Der rechte Flügel mit nach unten ausgeschlagenem Querruder erzeugt nicht nur mehr Auftrieb, sondern auch mehr Widerstand – hauptsächlich induzierten Widerstand. Der linke Flügel verursacht weniger Auftrieb und damit auch weniger Widerstand. Das Flugzeug dreht sich also nicht nur um seine Längsachse, sondern aufgrund der Widerstandsdifferenz auch um seine Hochachsechse, nämlich nach rechts, mit der Nase in Richtung des angehobenen Flügels. Dieser Effekt wird als negatives Wendemoment bezeichnet, weil die Drehbewegung (Wenden = Gieren) in die falsche Richtung geht.

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Abb. 5.4.13  Schiebe-Gier-Moment

Durch Rollen infolge des Querruderausschlags hat das Segelflugzeug eine bestimmte Querneigung eingenommen. Der Auftrieb steht immer senkrecht zum Flügel. Also müssen wir das Gewicht G in eine Komponente G1 senkrecht zum Flügel und eine Komponente G2 parallel zum Flügel zerlegen. Unter dem Einfluss von G2 gleitet das Segelflugzeug seitlich (Rutschen). Diese seitliche Bewegung verursacht eine Querströmung, das Segelflugzeug schiebt. Das Seitenleitwerk wird nun von der Seite angeblasen (unter einem entsprechenden Anstellwinkel), was eine Seitenleitwerkskraft nach rechts bewirkt, und somit dreht das Segelflugzeug um die Hochachse nach links – es giert. Dieses Schiebe-Gier-Moment kommt beim Geradeausflug ungelegen, denn sobald ein Flügel ein wenig hängt, fängt das Segelflugzeug an zu schieben, dadurch zu gieren, und fliegt in die falsche Richtung. Beim Einleiten einer Kurve ist dieser Sekundäreffekt von Vorteil.

Das negative Wendemoment und das Schiebe-Gier-Moment kannst du gut im Flug beobachten. Wähle einen Blickpunkt in der Ferne und bewege den Steuerknüppel nach links.

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Abb. 5.4.13  Negatives Wendemoment (1) und Schiebe-Gier-Moment (2)

Du siehst, dass sich die Nase des Segelflugzeugs zunächst nach rechts dreht (1). Wenn die Querneigung beibehalten wird, wird das Flugzeug aufgrund des Schiebe-Gier-Moments schließlich nach links drehen (2). Bei einer Bewegung des Steuerknüppels nach rechts ist das Gegenteil der Fall.

Das negative Wendemoment ist hinderlich beim Einleiten einer Kurve. Außerdem ist es mit Schieben verbunden und erzeugt so unnötig viel Widerstand. Um dem entgegenzuwirken, gibst du gleichzeitig mit dem linken Querruderausschlag einen Seitenruderausschlag nach links, indem du das linke Pedal nach vorne trittst. Mit dem Seitenruder korrigierst du das unerwünschte negative Wendemoment. Das Seitenruder korrigiert quasi die Folgen eines Querruderausschlags, denn um das Flugzeug in den Kurvenflug zu bringen, gibt man mit dem Steuerknüppel die Querneigung für die Kurve vor und sorgt mit dem Seitenruder dafür, dass die Kurve schiebefrei geflogen wird. Du kannst nur dann saubere Kurven fliegen, wenn du Quersteuer und Seitensteuer gleichzeitig benutzt.

 

Maßnahmen zur Reduzierung des negativen Wendemoments

Aerodynamischer Ausgleich

Bei manchen Segelflugzeugen mit großer Spannweite reicht die Seitenruderwirkung nicht aus, um das negative Wendemoment zu unterdrücken. In dem Fall werden an den Flügeln ganz außen kleine Störklappen angebracht. Diese öffnen sich, wenn das Querruder nach oben ausgeschlagen wird, produzieren auf dieser Seite zusätzlichen Widerstand und erzeugen so ein Gegenmoment zum negativen Wendemoment. Auf der anderen Seite, wo das Querruder nach unten ausschlägt, bleibt die Störklappe natürlich eingefahren.

Querruderdifferenzierung

Querruderdifferenzierung bedeutet, dass der Ausschlag des Querruders nach unten kleiner ist als der Ausschlag des Querruders nach oben, größenordnungsmäßig nur halb so groß. Der Grund dafür ist der, dass Ruderausschläge nicht beliebig groß werden dürfen. Ab einem bestimmten Klappenwinkel steigt die Ruderwirkung kaum noch an, nur der Widerstand wird größer. Diese Grenze wird bei einem positiv gewölbten Profil bei Ausschlag nach unten viel eher erreicht, als bei Ausschlag nach oben. Die Differenzierung sorgt dafür, dass die jeweiligen Grenzen links und rechts gleichzeitig erreicht werden.

Die Querruderdifferenzierung vermindert prinzipiell die Wirkung des negativen Wendemoments. Die Widerstandsdifferenz zwischen links und rechts wird dadurch geringfügig verringert. Der Effekt ist daher eher marginal. Außerdem musst du folgendes bedenken:

Kurven leitest du als Segelflieger meistens dann ein, wenn du in einen thermischen Aufwind, einen „Bart“ einsteigen möchtest. Dabei fliegst du in der Regel eher langsam. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist der induzierte Widerstand größer als der Profilwiderstand. Das gilt auch, wenn ein Querruderausschlag nach unten den Auftrieb vergrößert. Der induzierte Widerstand lässt sich nicht vermeiden, gegen ihn hilft die Querruderdifferenzierung gar nichts, und deswegen müssen wir mit dem negativen Wendemoment leben.

Schieben, Seitengleitflug

Du hast eben erfahren, dass ein Querruderausschlag ohne gleichzeitig Seitenruder zu geben das negative Wendemoment hervorruft und zum Schieben führt. Schieben heißt, dass dein Flugzeug mit einer seitlichen Komponente angeströmt wird und du mit erhöhtem Widerstand fliegst. Das ist nicht gut.

Anders sieht die Sache aus, wenn du deine Sinkgeschwindigkeit erhöhen möchtest, zum Beispiel im Endanflug. Dazu benötigst du zusätzlichen Widerstand, den du normalerweise durch Ausfahren der Luftbremsen erzeugst. Einen ähnlichen Effekt erzielst du, wenn du Querruder gibst, das negative Wendemoment abwartest und dann das Schiebe-Gier-Moment durch einen gegensinnigen Seitenruderausschlag unterdrückst. Wenn Querruder- und Seitenruderausschlag richtig aufeinander abgestimmt sind, befindest du dich nun im Geradeausflug, in einem stationären Schiebeflugzustand. Dies ist der Seitengleitflug, man nennt ihn auch Slip, und in der Schweiz sagt man dazu Glissade.

Wie effektiv der Seitengleitflug ist, hängt vom Flugzeugtyp ab. Du kannst ihn zur Gleitwinkelsteuerung nutzen, auch zusätzlich zu den Luftbremsen. 

 

5.4.5  Maßnahmen zur Verringerung der Steuerkräfte

Aerodynamischer Ausgleich

Große Steuerkräfte ermüden auf Dauer den Piloten und schränken damit seine Leistungsfähigkeit auf längeren Flügen ein.

5 4 15Abb. 5.4.15  Pendelhöhenruder und Seitenruder mit Hornausgleich

Beim Seitenruder eignet sich hierzu beispielsweise der Hornausgleich. Ein Teil der Ruderfläche befindet sich vor der Drehachse und reduziert so das Rudermoment.

Um die Quersteuerkräfte zu vermindern eignet sich die Querruderdifferenzierung. Je größer das Differenzierungsverhältnis, umso kleiner werden die Handkräfte.

Bei Höhenleitwerken findest du häufig Hilfsruder zur Beeinflussung der Steuerkräfte.

Flettnerruder

Zum aerodynamischen Ausgleich der Steuerkräfte dient ein Hilfsruder an der Hinterkante des Höhenruders. Der Antrieb dieses Hilfsruders ist so angelenkt, dass es bei Höhenruderausschlag in entgegengesetzter Richtung ausschlägt. Solche Hilfsruder werden als Flettnerruder bezeichnet. Flettnerruder sind geeignet, um zu große Handkräfte zu reduzieren.

Wenn ein Segelflugzeug mit einem Flettnerruder ausgerüstet ist, besitzt dieses gleichzeitig die Funktion eines Trimmruders, siehe weiter unten.

Antiflettnerruder

Pendelruder haben manchmal das gegenteilige Problem. Insbesondere im Schnellflug nehmen die Steuerkräfte nicht mehr im von den Bauvorschriften geforderten Maße zu. Dann wird die Funktion des Flettnerruders umgekehrt, das Hilfsruder schlägt gleichsinnig mit dem Höhenruder aus und verstärkt so die unzureichende Handkraft.

 

5.4.6  Ruderflattern und Massenausgleich

Im Kapitel Betriebsgrenzen wird dir erklärt, dass ein Flugzeug flattern kann und was dies mit der zulässigen Höchstgeschwindigkeit zu tun hat. Wenn ein Segelflugzeug tatsächlich einmal flattert, handelt es sich meistens um Ruderflattern. Bei Schwingungen quer zur Leitwerksfläche  schlägt das Ruder in der entgegensetzten Richtung aus, wenn sein Schwerpunkt hinter der Drehachse liegt. Das verstärkt die Schwingung, bis das Bauteil versagt.

Zweck und Ausführung des Massenausgleichs

Diesem Dilemma entkommen wir, wenn am Ruder zusätzliche Masse in Form von Blei oder Stahl vor dem Drehpunkt angebracht wird. Im Idealfall liegt der Schwerpunkt dann in der Ruderachse, und Schwingen der Leitwerksfläche führt zu keinen Ruderausschlägen. Eine solche Maßnahme bezeichnen wir als Massenausgleich.

Es widerstrebt einem Konstrukteur, für den Massenausgleich zusätzliche Masse einbauen zu müssen. Oft ist auch gar kein Platz für einen vollständigen Massenausgleich vorhanden. Deswegen wird in einem aufwändigen Verfahren aus Schwingungsversuchen am Boden und Testflügen ermittelt, wieviel Massenausgleich an jedem Ruder tatsächlich erforderlich ist, um Flattern auszuschließen. In den Wartungshandbüchern findest du zumindest bei neueren Segelflugzeugmustern Angaben darüber, welche Massen und welche Restmomente die einzelnen Ruder haben dürfen. Bei der Qualitätssicherung im Rahmen der Herstellung wurde geprüft, ob die vorgeschriebenen Werte eingehalten werden.

In späteren Jahren wird eventuell einmal eine Neulackierung oder eine Reparatur eines Ruders nötig. Auch dann achtet der Instandhaltungsbetrieb peinlich darauf, dass das Ruder nicht zu schwer wird oder sein Restmoment nicht aus dem zulässigen Bereich herausfällt. Werden solche Arbeiten außerhalb eines Instandhaltungsbetriebs durchgeführt, möglicherweise auch noch von nicht ausreichend qualifiziertem Personal, kann das tragische Folgen haben. Es ist auch schon vorgekommen, dass sich bei einer harten Landung ein Massenausgleich gelöst hatte und am Boden lag. Niemand wusste, woher dieses komische Teil kam, und es wurde einfach weggeworfen … 

Als Anbringungsort für den Massenausgleich eines Seitenruders käme das in Abb. 5.4.15 abgebildete Seitenruderhorn infrage. Eine mögliche Lösung bei T-Leitwerke zeigt Abb. 5.4.16.

Der Massenausgleich des Höhenruders eines T-Leitwerks wird gerne in der senkrechten Antriebsstange in der Seitenflosse untergebracht. Damit dies funktioniert muss der Antriebshebel des Höhenruders natürlich nach vorne zeigen.

Bei Querrudern (und Wölbklappen) bemüht sich der Konstrukteur, in der Kontur zu bleiben, damit die Aerodynamik des Flügels nicht gestört wird. Dann steht dem Massenausgleich allerdings nur ein kleiner Hebelarm zur Verfügung, entsprechend groß ist die erforderliche Masse – häufig mehrere Kilogramm.

5 4 16Abb. 5.4.16  Massenausgleich Seitenruder

5.4.7  Trimmung

Zweck der Trimmung

Unter Trimmen verstehen wir, dass wir den Trimmhebel so einstellen, dass bei der gewünschten Fluggeschwindigkeit das Höhensteuer kräftefrei wird.

Mit anderen Worten: Wenn wir den Steuerknüppel loslassen, fliegt das Flugzeug mit der eingetrimmten Geschwindigkeit weiter. Dies fördert entspanntes Fliegen.

Jeder Pilot hat ein bestimmtes Gewicht. Es bedeutet einen Unterschied, ob vorne im Segelflugzeug jemand sitzt, der 100 kg wiegt, oder jemand, der nur 70 kg wiegt. Der schwerere Pilot muss den Knüppel stärker ziehen, um die Nase am Horizont zu halten. Ständig am Knüppel ziehen zu müssen ist ermüdend. Durch die Trimmung kannst du diese Last loswerden.

Wenn du die Geschwindigkeit änderst, trimmst du nach. Bei z.B. 170 km/h ist die Steuerkraft ziemlich hoch und am Knüppel zu drücken wird auf Dauer anstrengend. Also besser die Trimmung nachstellen, damit du nicht ständig gegen die Höhensteuerkraft arbeiten musst.

Bei Segelflugzeugen sind zwei unterschiedliche Arten von Trimmanlagen üblich: Federtrimmung und Trimmruder.

5 4 17Abb. 5.4.17  Federtrimmung am Steuerknüppel

Bei der Federtrimmung ist der Trimmhebel mit einer Feder verbunden, die eine Kraft auf den Steuerknüppel ausübt. Wenn du die Trimmung verstellst, ändert sich die Federkraft, die den Steuerknüppel nach vorne oder hinten drückt.

Trimmruder

Das Trimmruder ist am Höhenruder angebracht. Du kannst das Trimmruder im Fluge mit dem Trimmhebel verstellen. Dies verändert die Ruderstellung bei losgelassenem Höhensteuer.

5 4 18Abb. 5.4.18  Höhenleitwerk mit Trimmruder