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Auch wenn es seltsam klingen mag, der Flügel deines Segelflugzeugs liefert auch im Rückenflug Auftrieb, ... eigentlich müsste es vom Flügelprofil her ja anders herum sein, oder ...?
Die Antwort findet sich in der Aerodynamik.
Du hast vielleicht auch schon mal ein Modell gebaut, so mit allen Rudern, also auch Querruder und plötzlich festgestellt, dass das Modell tolle Kurven fliegt, aber wenn du es in den Rücken rollst hört es auf zu drehen oder es kippt laufend ab und lässt sich nicht mehr richtig steuern, obwohl du doch das alles vorher im Flugsimulator am PC geübt hast.
Auch hier hat die Aerodynamik die Antwort.
Bisher hat dein Segelflugzeug zumindest meistens das gemacht, was du willst bzw. steuerst. Plötzlich bekommst du das Gefühl, dass dies beim Kunstflug, besonders im Rückenflug, nicht der Fall ist.
Bevor wir in diesem Kapitel tiefer in die Aerodynamik einsteigen, solltest du zwei grundlegende Dinge verinnerlichen, die nie oft genug gesagt werden können:
- Ein Strömungsabriss ist NUR vom Anstellwinkel abhängig, die Geschwindigkeit spielt eine untergeordnete Rolle.
- Alle Ruder wirken achsenbezogen, die Lage im Raum ist irrelevant.
Auf dein Gefühl im Rückenflug bezogen heißt das, dein Segelflugzeug setzt deinen Steuerausschlag um, du sitzt nur verkehrt herum ...
- Vorabinformation | |||||||||||
- Steuerführung, Ruderkoordination | |||||||||||
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- Strömungsabriss Normalfluglage | |||||||||||
- Trudeln (Aufrechttrudeln) |
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- Rückenflug | |||||||||||
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- Stabilität im Rückenflug | |||||||||||
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- Not- und Rettungsverfahren Rückenfluglage | |||||||||||
- Strömungsabriss im Rücken und Rückensackflug | |||||||||||
- Rückentrudeln |
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- Umkehrtrudeln (Anmerkung der Redaktion) | |||||||||||
- Not- und Rettungsverfahren "Männchen" |
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- Flattern, Ruder und Bremsklappen | |||||||||||
- Aerobatic - Resümee |
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- Verwendete Quellen und Literatur für dieses Kapitel |
Vorabinformation:
In diesem Kapitel wollen wir ein gewisses Grundwissen vermitteln. Es ist aber ganz natürlich, dass es auch bei den Kunstfliegern Piloten und sonstige Interessierte gibt, die manche Dinge etwas genauer wissen wollen.
Wir haben beschlossen, diese
Informationen für Neugierige
gesondert in diesen grünen
"Acro-Boxen" anzubieten.
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Ebenfalls wird in diesem Theorieteil öfters das fliegerische Segelkunstflugnotverfahren angesprochen, daher möchten wir kurz erklären, was das für dich bedeutet. Bist du der Meinung, es stimmt irgendetwas nicht, oder es kommt dir irgendetwas (außer deinem evtl. noch ungelenken Flugstil ) komisch vor, wendest du sofort das Standardnotverfahren im Kunstflug an:
→ Normalfluglage und Normalfahrt einstellen, dann sehen wir weiter ←
Standardnotverfahren im Kunstflug
- Normalfluglage und Normalfahrt einstellen -
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Dein erster Blick gilt gezielt deiner Höhe, schließlich gibt es einen "Point of no return" beim Notausstieg. | |||
Dann Rundumblick, ob noch alles dran ist, ob was fehlt oder weghängt. | |||
Nun checkst du Fahrtgeräusche, Flugsicht, ungewöhnliche Steuerdrücke. | |||
Überprüfst die einzelnen Ruder, die Klappen und das Fahrwerk auf Funktion oder Probleme. | |||
Dann musst du entscheiden, was du tun willst, sofort landen, das ist klar. Es geht jetzt um deine Vorgehensweise: | |||
⇒ | entweder du machst einen Notabstieg, so schnell wie möglich landen, also Klappen raus und angemessene Geschwindigkeit einnehmen; | ||
⇒ | oder du fliegst aus der Box, kreist vorsichtig ab und gehst in die Platzrunde; | ||
⇒ | stellst du jedoch Unstimmigkeiten fest, bleibst du zunächst in der Box direkt am Platz, damit dich alle sehen können, fliegst mit geringer oder dem Schaden angepasster Geschwindigkeit (z.B. flatterfrei) und kurvst nur mit geringer Querneigung. | ||
Du legst deinen idealen Flugweg zur sicheren Landung fest und kündigst diesen an. | |||
Dann landest du so, dass du persönlich das geringste Risiko hast. Die Rettung des Flugzeugs mit allen Mitteln geht sehr oft schief. |
Steuerführung, Ruderkoordination
Kunstflug der Spaß machen soll, geht nur mit guter Sitzposition. Diese wiederum ist Voraussetzung für eine gute Steuerführung. Versuche den Steuerknüppel während des Kunstflugs immer mit beiden Händen zu fassen, warum?
Ganz einfach, du beruhigst deine Ruderführung, dämpfst die Ruderausschläge und verhinderst hektische oder unruhige Steuerbewegungen. Auch das oftmalige unbemerkte Zurücknehmen der Ruder in der Rückenfluglage - plötzlich rollt sie nicht mehr weiter, kann verhindert werden.
Beidhändig ... Fahrt 0 km/h ... die Fächerung im Turn ...
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Aufgrund unserer körperlichen Anatomie zieht der Rechtshänder den Steuerknüppel automatisch nach hinten rechts und drückt nach vorne links, der Linkshänder agiert umgekehrt. Steuerst du jedoch beidhändig, du musst ja keinen Motor oder Wölbklappen bedienen, werden deine Ruderausschläge exakter sein, du rutschst z.B. beim Ziehen nicht auch noch ins Querruder. |
Mischen von Steuerausschlägen
Dein bisheriges Fliegen bestand vorwiegend aus dem gleichzeitigen und gleichsinnigen Einsatz von Seiten und Querrudern zum Fliegen von Richtungswechseln. Du wirst ab und zu die Stimme deines Fluglehrers im Ohr haben, der dir in der Anfangsschulung immer wieder sagte: „Seitenruder und Querruder gleichzeitig und gleichsinnig, halte den Faden in der Mitte, was macht deine Geschwindigkeit“. Inzwischen führst du diese Steuerbewegungen zum Kurven oder Korrigieren automatisch aus, ohne dich zu konzentrieren oder gar darüber nachzudenken.
Jetzt kommt der koordinierte Einsatz des Höhen- bzw. Tiefensteuers dazu, was ja auch kein Problem darstellt ... oder? .... Probiere bei deinem nächsten Flug in möglichst ruhiger Luft einfach nur zum Üben den "Steigkreis" aus. Eigentlich wirst du in diesem Vollkreis tatsächlich nicht steigen, es fühlt sich noch nicht mal so an, aber mach‘s einfach mal.
Du leitest mit einer Geschwindigkeit von exakt 120.km/h einen Vollkreis mit gleichmäßigem Geschwindigkeitsabbau (leichtes Ziehen des Höhenruders) und einer exakten Querneigung von 30° ein. Nach 90° Richtungsänderung muss deine Geschwindigkeit exakt 110.km/h betragen, nach 180° exakt 100.km/h, nach 270° exakt 90.km/h und du leitest in der Anfangsrichtung aus und hast exakt 80 km/h anliegen, wenn du wieder horizontal bist. ... Und jetzt das Gleiche gegen deine Schokoladenseite ...
Zum präzisen Fliegen gehören solche Koordinationsmanöver. An dieser Stelle sei gesagt, dass es einige Flugmanöver sowohl als Übungen oder Koordinationsmanöver gibt als auch als Kunstflugmanöver (Kunstflugfiguren). Beim Segelkunstflug sind dies der Winkel auf und ab, die Lazy Eight und die climbing Chandelle. Siehe hierzu auch Kapitel 5.
Trennen der einzelnen Steuerausschläge
Linie oder Banane ...
Horizontales Geradeausfliegen, kein Problem, das wirst du jetzt vermutlich denken. Du wirst jedoch lernen, dass die richtige Höhensteuerführung schwieriger ist, als es aussieht. Beim Segelkunstflug ist es wichtig, dass du gerade Linien fliegen kannst, sei es horizontaler Normalflug, im Rücken, in der Messerlage, in vorbestimmten Winkeln auf und abwärts, auch senkrecht nach oben oder nach unten. Nur so kannst du gewährleisten, dass du beim Einsatz eines weiteren Ruders, die gerade Richtung beibehältst. Eine ungewollte Richtungsänderung erfolgt schneller, als du denkst.
Wir nennen es „die Linie stabilisieren“, diesen Begriff wirst du bei deiner Ausbildung immer wieder hören. Erst wenn die Linie sauber stabilisiert ist, darfst du das erforderliche Ruder, z.B. nur Querruder für die Rolle, oder nur Seitenruder für den Turn in dieser linienstabilisierten Steuerknüppelstellung geben.
Es ist schon klar, dass der Flugweg eines Segelflugzeugs in Richtung Boden geht, wir haben ja keinen Motor, der uns horizontal fliegen lässt. Unsere Segler haben einen Einstellwinkel, der in etwa dem Anstellwinkel im unteren Geschwindigkeitsbereich entspricht, damit wir widerstandsarm mit entsprechendem Auftrieb schön segeln können, mal ganz banal ausgedrückt. In den Zeichnungen ist der Flugweg einfachheitshalber horizontal bei geringer Geschwindigkeit dargestellt, um die Stabilisierung der Linie besser erklären zu können.
Ist deine Fluggeschwindigkeit (Pfeil speed) nun höher, egal aus welchen Gründen, musst du den entstehenden Mehrauftrieb durch Drücken kompensieren, du musst also zumindest mal den Einstellwinkelwert wegdrücken, je nach Profil auch mehr, sonst fliegst du einen Bogen. In der Internationalen Segelkunstflugwettbewerbsszene wird dieser Vorgang innerhalb der Schiedsrichter mit „Banana“ oder „great Banana“ bezeichnet und ergibt Punktabzug. Hörst du also bei irgendeiner „Kunstflugkritik“ das Wort Banane, weißt du was gemeint ist.
Es ist nicht schwer, in einer Figur den Höhenruderfehler mehrfach zu machen, dann ergeben sich "Korkenzieher" oder "Beinaherollenkreise". Stabilisierungsübungen kannst du auch schon vor deiner Kunstflugausbildung üben. Du holst etwas Fahrt, schaust über den Flügel nach links oder rechts raus und ziehst bis zu deinem gewollten, geschätzten Winkel über den Horizont hoch. Nach vorne schauen bringt nichts, du wirst nichts Relevantes sehen, auch keine (nackten) Engel, die fliegen nicht bei VFR-Bedingungen. Die Winkelbestimmung erfolgt immer über den Flügel und den seitlichen Horizont. Nun versuche, mit ganz feinen Höhenruderausschlägen diesen Winkel konstant zu halten ... Solche Koordinierungsübungen helfen allgemein ... und nicht nur beim Kunstflug.
Beim normalen Segelfliegen betätigst du, inzwischen meist unbewusst, das Höhenruder sehr oft in Richtung ziehen. Beim Start, beim Kurven, beim Horizont halten und sogar beim Landen bis zum Aufsetzen.
Strömungsabriss Normalfluglage
Den ganz normalen Strömungsabriss kennst du bereits aus der SPL-Theorie, hier wirst du näheres über den "accelerated stall", "aggravated stall", "second stall" und "high speed stall" erfahren.
Der Begriff "accelerated stall" tauchte mit der Einführung der SFCL im Segelflug erstmalig auf (im Motorflug ist er schon länger bekannt). Daher hatten die Übersetzer der EASA-Vorschrift für das deutsche DAeC Regelbuch mit der wörtlichen Übersetzung des Begriffs (accelerated = beschleunigt) ein ungutes Gefühl. Der aerodynamische Vorgang wird durch diese Wortwahl eher verwirrend ausgedrückt. In Fachgesprächen einigten wir uns auf den Begriff "Strömungsabriss bei erhöhter Flächenbelastung", was den Kern der Sache trifft. Der alte (eigentlich falsche) Begriff "high speed stall" hat somit ausgedient, da er sich eher auf die Geschwindigkeit und nicht auf den verursachenden Anstellwinkel bezieht. Der "aggravated stall" ist die aggressive, schlagartige Variante des Strömungsabrisses bei erhöhter Flächenbelastung. Doch genug der Wortspiele.
Du kennst den Strömungsabriss bei VS aus der Grundausbildung. Hier unterschreitet die ca-Kurve die +xoderx-.1.g Grenze deines Segelflugzeugs und du fällst vom Himmel.
Desgleichen passiert dir jedoch auch in einer Kurve, und zwar immer dann, wenn die querneigungsabhängige Kurvenlast (z.B. 60° Querneigung ergeben +.2.g) ebenfalls unterschritten wird. Du kennst das als Abkippen in der Kurve, oder als Strömungsabriss in einem abrupt geflogenen Abfangbogen. Hier im oben abgebildeten V-n-Diagramm einer DG 1000.Sx18.m siehst du beispielsweise den Strömungsabriss bei +.4,8.g und den dazugehörigen 160.km/h. Im Rückenflug würde dieser Strömungsabriss bei -.3.g erfolgen. Weitere Erklärungen zum V-n-Diagramm wirst du im Kapitelx4 Betriebsgrenzen erfahren, oder du schaust einfach mal wieder in der SPL-Theorie nach.
Du siehst, der "accelerated stall" ist nichts Neues, der Strömungsabriss in der Kurve, beim zu schnellen Abfangen oder Hochziehen, durch Böigkeit oder Einflug in unterschiedliches Luftmassensteigen, hat nur einen neuen Namen bekommen.
In der obenstehenden Zeichnung siehst du den sogenannten "second stall", eine Variante des "accelerated stall", die entsteht, wenn das Abfangen des vorangegangenen Abkippens falsch oder zu früh erfolgt. In der Segelkunstflugausbildung wird dein Fluglehrer mit dir einige Varianten des Strömungsabrisses mit erhöhter Flächenbelastung fliegen und erklären.
Die besondere "Kunstflugbox" | Hier findest du einen oder mehrere Links zu interessanten, veröffentlichten Videofilmen, die dieses Thema betreffen. | |
Accelerated stall mit spin und
folgend second stall, gefilmt
von Helmkamera.
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Aircraft Stalls as Skydivers Prepare to Jump || ViralHog - YouTube | |
Accelereted stall, Red Bull
Air-Race 2010, Edge 540. |
https://youtu.be/xkwKqD9ylLo | |
Accelerated stall, Swift,
Shoreham Airshow 2010
Glider Crash.
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https://youtu.be/zxbulrrQVig |
Trudeln (Aufrechttrudeln)
Ist das Wetter mal nicht so gut fliegbar, stehen die Piloten oft in Grüppchen herum und diskutieren irgendwelche sinnigen oder unsinnigen Themen. Wirfst du jetzt das Wort Trudeln in die Runde, erfolgen verschiedene Reaktionen. Das geht von Erschrecken, betretenem Schweigen, über sichtbare Angst, bis hin zu lapidaren Kommentaren, wie "no problem". Manchmal siehst du auch unverhohlene Freude und es fallen Ausdrücke wie "super", "geil" oder "macht süchtig"...
Fragst du jetzt gezielt, kommen Antworten wie:
- mein Flieger trudelt nicht ...
- habe ich nie gelernt, und will's auch nicht wissen ...
- ich fliege nicht so, ich komme nie ins Trudeln ...
- muss heute nicht sein ...
- würde ich auch mal gerne machen, ich trau' mich aber nicht ...
- ein Kumpel von mir ist abgetrudelt, sah nicht gut aus ...
- und ... und ... und ...
Taucht jetzt ein Fluglehrer auf und sagt zu dir: "Du brauchst doch eh' noch den jährlichen Vereins-Check, die Basis reicht, die DGx1001 steht mit dem 18.m Flügel da, ich besorge 'nen Schlepper, dann geht's los", kannst du dich glücklich schätzen. Wenn dann sogar noch ertönt: "Check' schon mal den Flieger und lese die Kapitel Trudeln und Betriebsgrenzen im Flughandbuch noch mal gut durch, dann machen wir ein ordentliches Briefing und besprechen, was wir tun wollen. Ich informiere bis dahin die Flugleitung und briefe Startleitung und Schlepppilot". Spätestens jetzt hast du den "Treffer des Tages" gelandet.
Du hast ... hoffentlich ... in deiner Ausbildung die Ausbildungsabschnitte Strömungsabriss, Abkippen, Vermeiden des Trudelns, dann stationäres Trudeln (mind. 2xUmdrehungen), Ausleitverfahren, und Ausleiten der Steilspirale erleben dürfen/müssen!?!
Sollte das Thema etwas in Vergessenheit geraten sein, lies einfach mal wieder in der Grundausbildung Kapitel 4.24 Ungewöhnliche Flugzustände und in der SPL-Theorie die Kapitel 5.6.6 Trudeln und 6.7.3 Ausleiten Trudeln.
Trudeln ist ein sehr komplizierter und komplexer Flugzustand, der in hohem Maße von der Bauart und der Konfiguration des Flugzeuges abhängt. Auf die Verwendung der sehr komplizierten Bewegungsgleichungen und auf mathematische Ableitungen werden wir hier verzichten. Außerdem spielen beim Trudeln nicht nur aerodynamische Kräfte eine Rolle, das rotierende Segelflugzeug unterliegt auch den Kreiselgesetzen. Wir wollen hier lediglich in verständlichen Worten und ohne große Berechnungen die wichtigen Abläufe beim Trudeln hinterfragen. Zunächst sprechen wir vom Trudeln aus Normalfluglage (Aufrechttrudeln), weitere Trudelmodi kommen später.
Durch die Rotationskraft am Außenflügel wird die Drehung deines Flugzeugs immer weiter angefacht, es autorotiert. Diese Kraft ist nahezu so hoch wie die stabilisierende Wirkung des Seitenleitwerks. Daher fällst du drehend vom Himmel. Sinken von 20 bis 30.m/s ist nichts Besonderes, es liegt sogar eher im unteren Bereich.
Die Abschirmung des Seitenruders
Das oder die Ausleitverfahren müssen dir bekannt sein, bzw. werden dir während der Segelkunst-flugausbildung nochmals gezeigt. Interessant für dich sind ggf. noch die während des Trudelns abgeschirmten Seitenruderflächen, daraus kannst du unter Umständen das Ausleitverhalten (Stoppen der Drehung) deines Fliegers ableiten.
Die hohen oder übergroßen Anstellwinkel sind natürlich am Höhenleitwerk genauso vorhanden, wie an den Tragflächen. Somit hast du oberhalb des Höhenleitwerks stark verwirbelte Strömung. Je nach Anbringung des Leitwerks, bzw. Leitwerksart, wird die Umströmung des Seitenruders beeinflusst werden. Da du das Gegenseitenruder zum Ausleiten dringend benötigst, musst du wissen, in welchem Umfang die "gesunde" Strömung gestört wird. Jede noch so kleine, ansprechende Ruderfläche kann von immenser Bedeutung sein.
Hier siehst du, zeichnerisch dargestellt, die wirksame und die abgeschirmte Seitenruderfläche bei dem doppelsitzigen Segelkunstflugzeug MDMx1xFox. Durch die für den Kunstflug überdimensionierte Ruderfläche, ist das Seitenruder jedoch so gut wirksam, dass du einen Fox, sofern er sich im "normalen Steiltrudeln" befindet, auf den Punkt stoppen kannst. Es gibt aber auch Segelflugzeuge, bei denen das Kreuzleitwerk sehr weit oben angebracht ist (z.B. SZDx50 Puchacz). Du kannst davon ausgehen, dass die Umströmung des kompletten Seitenruders oberhalb des Höhenruders gestört ist und nur die Fläche unterhalb wirksam ist. Dieses Wissen kann dein Überleben sichern.
Beim T-Leitwerk wird, wenn überhaupt, sehr wenig Seitenruderfläche abgeschirmt. Dennoch musst du wissen, dass die heutigen Kunststoffbomber sehr kleine Ruderflächen haben. Sicher ist, dass, wie der Schwabe sagen würde, "jedes Muggeseggele" Seitenruderfläche zählt. Wie du unten siehst, wird beim T-Leitwerk durch das gezogene Höhenruder nicht nur die volle Seitenruderfläche genutzt, auch die Wirbelschleppe oberhalb des Leitwerks ist wesentlich kleiner.
Trudelmodi
Die SFCL sieht in der Kunstflugausbildung vor, dass verschiedene Trudelformen angesprochen und dir gezeigt werden, allerdings ...
Die flache Rotation
Die Strömung ist komplett abgerissen und jetzt kannst du nur warten, und zwar mit für das Ausleiten des Trudelns ausgeschlagenen Rudern, bis die Rotationsenergie nachlässt und das Flugzeug in eine normale Trudelachse fällt. Erst dann kannst du ausleiten, je nach Stärke des Drehimpulses kann sich der Segler mehr als 1-2xMal um die Hochachse drehen. Hier hat sich kein Flachtrudeln entwickelt, sondern hier sorgen die Kreiselgesetze für Irritation. Du solltest aber unbedingt wissen, dass während deiner oben genannten Wartezeit, dein Flugzeug mit oft mehr als 20.m/s fällt ...
Pendeln beim Trudeln
Viele Segelflugzeuge neigen zum Pendeln (Schwingen) während des Trudelns. Die Längsneigung variiert innerhalb oder während der Trudelumdrehungen. So wechseln sich steile Phasen mit weniger steilen Phasen ab. Das Pendeln kann viele Ursachen haben, die oft zusammenwirken. Das können Anstellwinkelveränderungen an Tragflügel und Höhenleitwerk sein. Entsprechende Schwerpunktlagen, aber auch Ruderausschläge. Bei einigen Segelflugzeugtypen bewirkt z.B. ein Querruderausschlag in Trudelrichtung ein Beschleunigen der Drehbewegung bei gleichzeitiger Verringerung der Längsneigung, bei Querruder gegen die Trudelrichtung kann der umgekehrte Effekt erfolgen. Ebenso kann je nach Flugzeugtyp ein gedrücktes Tiefenruder das Trudeln beschleunigen bzw. ein voll gezogenes Höhenruder starkes Pendeln verursachen. Fakt ist, zum Ausleiten muss immer das Seitenruder gegen die Drehbewegung voll ausgeschlagen sein und bleiben, egal in welcher Längsneigung sich das Flugzeug gerade befindet. Ein Zurücknehmen des ausgeschlagenen Seitenruders ist immer kontraproduktiv und wird das Ausleiten nur verzögern. Es kann dauern, bis das Seitenruder und somit das Schieberollmoment wirksam wird (Nachdrehen).
Wechseltrudeln
Anmerkung
Beim Ausleiten des Trudelns können und dürfen durchaus Verzögerungen auftreten. Es kann dauern bis die wirksamen Ruder und Momente ansprechen. Besonders auffällig ist das, wenn das Segelflugzeug pendelt, also die Nase zeitweise etwas nach oben nimmt. Wir wissen, dass das Warten an den Nerven zehrt, jedes "Herumprobieren" oder "Rühren" am Knüppel ist kontraproduktiv. Halte die vorgeschriebene Ausleitsteuertechnik auf alle Fälle bei (auch über mehrere Umdrehungen hinweg). Sei auf einen eventuellen Notausstieg vorbereitet.
Die besondere "Kunstflugbox" | Hier findest du einen oder mehrere Links zu interessanten, veröffentlichten Videofilmen, die dieses Thema betreffen. | |
Alter Trudelfilm des Reichsluftfahrt- Ministerium (schwarz/weiß) | ||
Trudelfilm der Kunstflugvereinigung "Aufschwung Ost" (KFAO) |
https://youtu.be/1UQhKjVdAio | |
Rückenflug
Auftrieb im Rückenflug
Bedingt durch den Einstellwinkel deines Segelflugzeugs hast du ja im Normalflug automatisch einen gewissen Anstellwinkel, der wiederum für Auftrieb sorgt.
Das Fliegen auf dem Rücken
Zunächst musst du so weit drücken, dass die Einstellwinkeldifferenz ausgeglichen wird, jetzt hast du allerdings noch keinen Rückenauftrieb, da ja der Anstellwinkel noch fehlt, also musst du noch mehr drücken. Durch das nun „herabhängende Leitwerk“, es will ja aus dem hohen Leitwerksanstellwinkel heraus in „gerade“ Strömung, entsteht ein zusätzlicher Steuerdruck auf deinen Steuerknüppel, dem du entgegenwirken musst.
Lass' dir gesagt sein, die Trimmung des Seglers auf etwas kopflastig und deine gut angeschnallte Sitzposition machen durchaus Sinn. Hängst du in den Schultergurten nach unten, reicht deine Armlänge evtl. nicht aus, um den Steuerknüppel bis ganz nach vorne zu drücken.
Deine Rückenfluglage ist nun stabilisiert, dein Flieger segelt, zwar mit 2.m/s oder mehr Sinken, aber er segelt, es fühlt sich fremd, aber irgendwie toll an, allerdings ist es auch anstrengend.
Horizontbild
Ruderwirkung
Zunächst mal die Ruderwirksamkeit des Höhenruders. Es dürfte sich herumgesprochen haben, dass du im Rücken drücken musst, um langsamer zu werden. Mit Ziehen wirst du also schneller, aber Vorsicht, Ziehen bedeutet hier nicht wirklich ziehen, sondern Nachlassen oder Zurücknehmen des Tiefenruders. Gehst du mit dem Steuerknüppel tatsächlich Richtung Ziehen, wird es meistens ein halber Loop nach unten in den Normalflug. Je nach vorher geflogener Geschwindigkeit, ist das nicht ungefährlich, denn der Zeiger des Fahrtmessers läuft erschreckend schnell Richtung rotem Strich. Fahrt halten im Rücken ist nicht einfach.
Bei unseren Kunstflugausbildungsdoppelsitzern ist die Querruderwirkung ähnlich der im Normalflug, allerdings hast du nahezu kein wirksames negatives Wendemoment.
Das bedeutet, Querruderkorrekturen müssen nicht mit dem Seitenruder unterstützt werden. Mach es dir einfach, nagele deine Füße fest und arbeite im Rückenflug nur mit dem Steuerknüppel. Solltest du tatsächlich in die Versuchung fallen, die Seitenruder zu benutzen, denke daran. Da wo du hinwillst, musst du auch hintreten, aber du tust dir wesentlich leichter, wenn du deine Füße einfach nur still in den Seitenruderschlaufen hängen lässt.
Im Normalflug drückst du mit dem Steuerknüppel zur Korrektur auf den Flügel, du drückst also mit dem Knüppel den Flügel runter. Im Rückenflug drückst du jedoch mit dem Knüppel den Flügel nach oben (hoch). Wäre das nicht so, könntest du nie eine Rolle um die Längsachse fliegen.
... Dein Problem ist jedoch, wenn du den Knüppel in der Normalfluglage betätigst, schaust du deinem Steuerausschlag hinterher, schließlich willst du ja auch dahin fliegen ... machst du das auch im Rückenflug, wirst du nur blau/Himmel/Wolken oder nichts Besonderes sehen ... und bis du dann daran denkst, nach vorne auf den Horizont zu schauen, oder gar auf die andere Tragflächenspitze, ist deine Orientierung weg. Mit Übung lässt sich das jedoch regeln.
Noch auf ein ganz, ganz ernstes Wort:
Rückenkurve
Rückenhorizont Linkskurve
Querneigung 15°
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Rückenhorizont Geradeausflug |
Rückenhorizont Rechtskurve
Querneigung 15°
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Willst, oder musst du mal im Rückenflug einem anderen Flugzeug ausweichen und du weißt nicht, ob rechts oder links, merke dir als Eselsbrücke - Knüppel zum Feind (anderes Flugzeug), dann kurvst du weg.
Stabilität im Rückenflug
Tragflügelschränkung
Die Schränkung sorgt dafür, dass im "normalen" Langsamflug, Erhöhung des Anstellwinkels durch langsames ziehen, die Strömung zuerst am Innenflügel abreißt. Somit wird ein seitliches Abkippen verhindert, das Flugzeug nickt, die Strömung kommt zum Anliegen und dein Segler fliegt steuerfähig weiter.
Wie sieht es nun im Rückenflug aus? Die Schränkung ist hier kontraproduktiv, wie du in der unteren Zeichnung erkennen kannst.
Einfluss der V-Form
Die V-Stellung bezeichnet den Winkel, um den die eine Tragfläche gegenüber der Horizontalen aus der Richtung gekippt ist. In der Abbildung siehst du dies schematisch für eine ASK-21 dargestellt. Der V-Stellungswinkel ist mit αv bezeichnet.
Üblicherweise ist dieser Wert bei Schulflugzeugen, wie der ASK-21, positiv, so dass beide Flächen leicht nach oben stehen. Du erkennst, dass der Kraftangriffspunkt der Auftriebskraft (A) durch die erhöhten Flügel oberhalb des Schwerpunktes liegt, an dem die Gewichtskraft des Flugzeuges wirkt. Die Auftriebskräfte haben wir aus Gründen der Anschauung etwas weiter außen angetragen, als sie tatsächlich wirken.
Im Rückenflug dagegen kehrt sich diese Situation um: Die aerodynamischen Auftriebskräfte wirken unterhalb des Schwerpunktes des Flugzeuges, wie in Abbildung dargestellt.
In der Praxis folgt daraus, dass ein Flugzeug mit einer positiven V-Stellung im Normalflug ein eigenstabiles Verhalten um die Längsachse aufweist d.h. das Flugzeug geht aus einer Ablage durch den Hochachsenabstand zwischen Schwerpunkt und Luftkraftangriffspunkt = Δz, von sich aus in die Neutrallage zurück. Im Rückenflug dagegen ist die Stellung der Längsachse instabil, was zur Folge hat, dass eine Querneigung immer größer wird.
Daraus folgt, dass ein Flugzeug im Normalflug auch mit losgelassenem Knüppel problemlos die Flügel waagerecht hält. Im Rückenflug musst du jedoch aktiv steuern, vergleichbar dem Balancieren des Besens auf dem Stielende mit dem Kopf nach oben. Nur so kannst du die Flügel waagerecht halten.
Für unsere Neugierigen: Die Querstabilität setzt sich in erster Linie ausschließlich aus dem Rollmomentenhaushalt durch Querneigung zusammen. Dabei sind keinerlei Schiebezustände beteiligt, diese folgen frühestens nachdem ein Schiebezustand zum Hängewinkel dazugekommen ist. Schiebezustände treten aber erst aufgrund von Giermomenten durch Seitenruderausschlag oder Querruderausschlag über das Roll-Gier-Moment und das Querrudergiermoment auf oder später durch den gekippten Auftriebsvektor. Die reine Rollbewegung, z.B. aufgrund einer Böe, beinhaltet aber keine Giermomente, somit haben Schiebe- und Giereffekte zunächst mal keine Einflüsse auf die Querstabilität. Erst danach beginnt Schieben durch den gekippten Auftrieb und mit den Schieberollmomenten aus V-Form und Rumpfumströmung ergibt sich eine Kreisflugbewegung. Genau das machen sich schwerkraftgesteuerte Luftfahrzeuge, Trikes und Hängegleiter zu eigen. Diese im Normalflug stabilisierend wirkende Momente heben sich im Rückenflug auf, bzw. wirken je nach V-Stellung kontraproduktiv. Sie erhöhen zusätzlich zur „ungünstigen Schwerpunktlage“ die Labilität in der Rückenfluglage. Bei solchen Betrachtungen ist es wichtig "Gieren" und "Schieben" nicht durcheinander zu bringen. Der Begriff Schieben beschreibt einen Drehwinkel, daher auch der geläufige Begriff Schiebewinkel, wohingegen Gieren eine Drehrate beschreibt, also wie schnell sich der Schiebewinkel ändert. |
Not- und Rettungsverfahren Rückenfluglage
Bevor wir nun in den Bereich des Rückenströmungsabrisses gehen, stellen wir dir hier ein wichtiges Notverfahren vor. Es kann dir jederzeit passieren, dass du das Gefühl bekommst: "Ich bin zwar im Rücken, aber jetzt blicke ich nicht mehr durch". Du möchtest in eine normale Fluglage, der Horizont verschwindet, es rauscht immer stärker und jetzt ziehst du panisch einfach durch. Du kannst es ruhig glauben, dieses Gefühl kann durchaus übermächtig werden ... nur ... je länger du "nichts" tust, desto schneller wirst du werden und die schweren Doppelsitzer können ganz schön abrauschen. Nimm einfach mal die DG (aerodynamisch hochwertig, der Auftrieb addiert sich zur Gewichtskraft) jetzt geht's ab, wie "Schmitts Katze", die "Schallmauer" naht.
Darum schreibe dir hinter die Ohren: "Blicke ich im Rücken nicht mehr durch, darf ich nie durchziehen, ich werde immer herausrollen". Diesen Satz lernst du auswendig!!!
Strömungsabriss im Rücken und Rückensackflug
Dein Fluglehrer wird mit dir während deiner Ausbildung auch den Rückenströmungsabriss und den Rückensackflug erfliegen. Jetzt wirst du merken, das fühlt sich anders an, als in der Normalfluglage, ok, die Schnauze ist weit oben, aber es rüttelt und schüttelt meist weniger, da die Flächenwirbel nicht mehr unbedingt aufs Leitwerk auftreffen und es rappeln nur die Höhenleitwerkswirbel am Heck, der Flieger eiert nur herum und will wegdrehen oder abkippen, was sich jedoch mit vorsichtigen Querruderausschlägen verhindern lässt, der Fahrtmesser zittert im unteren Bereich. Meist ist dein Steuerknüppel auch noch nicht ganz nach vorne gedrückt.
Allerdings kann es auch vorkommen, dass bei einem etwas zu abrupten Steuerausschlag zusammen mit einem evtl. nur wenig ausgeschlagenen Richtungsruder dein Flieger ziemlich schnell in die Normalfluglage dreht. Wir sagen dazu "wegstoßen". In dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich ist das ungefährlich, mehr als überrascht sein, kann dir hierbei mit den Schulungsdoppelsitzern nicht passieren. Zum Rückentrudeln bräuchtest du wesentlich stärkere Ausschläge der Richtungsruder.
Lässt du jetzt das Tiefensteuer nach, nimmt das Fahrtgeräusch zu, der Fahrtmesser schnellt nach oben, und jetzt kannst du durch vorsichtiges Drücken die "normale Rückenfluglage" einnehmen. Selbst bei einem etwas aggressiver geflogenen Abkippen, lässt sich der Zustand des normalen Rückenfluges problemlos herstellen, aber vorsichtig mit dem Höhenruder umgehen, die "second stall" Gefahr ist groß. Zu zaghaft ist jedoch auch nichts, du wirst das natürliche Mittelmaß schon finden.
Drückst du jetzt bis zum Anschlag nach vorne durch, kann sich der Rückensackflug einstellen. Je nach Flugzeugtyp kann es, jetzt ganz ruhig werden. Das ist jedoch flugzeugabhängig, die "stall Warnzeichen" können durchaus bleiben.
Die Schnauze sinkt unter den Horizont und der Fahrtmesser pendelt sich im unteren Bereich ein oder steigt langsam. Du hast evtl. das Gefühl: "Eigentlich fliege ich gesteuert im Rücken, nur etwas schneller". Dieser Trugschluss kann sehr gefährlich werden, spätestens beim Blick auf deinen Höhenmesser, der schnell rückläufig dreht, muss die Erkenntnis kommen: "ich bin im Rückensackflug". In drei Sekunden 100.m Höhenverlust sind nichts Besonderes.
Die jedoch sicherste Methode, den Rückensackflug zu beenden, ist das Herausrollen. Erfahrungsgemäß wirken Quer- und Seitenruder im Sackflug noch ganz gut, du musst lediglich den Knüppel vom vorderen Anschlag nehmen, da bei "voll gedrückt", in Verbindung mit Richtungsrudern, die Gefahr des Rückentrudelns sehr groß ist.
Solltest du irgendwann mal "neue Kunstflugsegler" ausprobieren dürfen, ist es immens wichtig, das "stall" Verhalten im Normal- und Rückenflug sowie das Trudelverhalten zu kennen, bevor du überhaupt an die erste Flugfigur herangehst.
Die besondere "Kunstflugbox" | Hier findest du einen oder mehrere Links zu interessanten, veröffentlichten Videofilmen, die dieses Thema betreffen. | |
Rückenflug und Rückensackflug mit dem Fox (KFAO) |
https://youtu.be/hWlYMi-2odU |
Rückentrudeln
Allerdings bleibt die stabilisierende Wirkung des Seitenleitwerks gleich wie beim Aufrechttrudeln. Daher bleibt dein Flieger nur im Rückentrudeln, wenn du das Tiefenruder am Anschlag hältst und das Seitenruder voll ausgeschlagen am Anschlag lässt. Oft ist auch Gegenquerruder erforderlich, es unterstützt den mickrigen Auftrieb am Außenflügel, der dich letztendlich rotieren lässt. In den meisten Fällen genügt es also, alle Ruder in Neutralstellung zu bringen, um das Rückentrudeln zu beenden. Ziehen am Höhenruder unterstützt zusätzlich. Die stabilisierende Wirkung des Seitenleitwerks gewinnt gegen die Rotationskraft und der höhere Widerstand durch die neutrale oder ggf. gezogene Stellung des Höhenruders am Höhenleitwerk sorgt für ein Nickmoment in Richtung der Senkrechten nach unten.
Anmerkung der Redaktion - Umkehrtrudeln (cross over spin)
Lese hierzu auch die Abhandlung "Umkehrtrudeln - was ist das" im Kapitel Unterrichtsmaterial Theorie Aerobatic - Zusatzinformation Trudeln. Mit den üblichen Ausbildungsdoppelsitzern ist das Zeigen des Umkehrtrudelns nicht zulässig.
Die Problematik ist jedoch, dass die "normalen Streckenflugsegler", wie sie unsere Flugschüler inzwischen als neue K8 und Ka6 Generation nutzen dürfen, wie Astir, LSx4, Discus, DGx300, eigentlich alle Kunststoffsegler, trudelanfällig sind, und zwar für alle Trudelmodi, außer Flachtrudeln. Winglets reduzieren die Trudelfreudigkeit nicht unbedingt. Das trifft natürlich auch auf alle Hochleistungs-Kunststoffbomber zu, ob mit oder ohne Wölbklappen, unabhängig von der Spannweite, und mit Wasserballast wird es oft noch kritischer. Im Gegensatz zu den Motorfliegern bewegst du dich als Segelflieger oft im langsamen Geschwindigkeitsbereich, sei es beim Thermikkurbeln, Hangfliegen oder Steigen in der Welle. Auch die Endanflugkurve zum Außenlandeacker wirst du nicht unbedingt mit Überfahrt fliegen, du willst den Acker ja auch treffen ... ... denke einfach mal darüber nach ...
Fazit: Hast du die Möglichkeit bei einem Trudeltraining, oder innerhalb deiner Ausbildung ein Segelflugzeug, das alle Trudelmodi, also auch "Rücken- und Umkehrtrudeln" machen darf, mit Kunstfluglehrer fliegen zu dürfen, nutze sie. Du musst wissen, dass die oft fälschlicherweise noch immer in den Köpfen der Flieger verankerte Meinung, beim Ausleiten des Trudelns muss voll gedrückt werden, dich in solchen Fällen umbringen wird.
Die besondere "Kunstflugbox" | Hier findest du einen oder mehrere Links zu interessanten, veröffentlichten Videofilmen, die dieses Thema betreffen. | |
Umkehrtrudeln und Crash am Vehikle- Simulator von Tommy Brückelt | https://youtu.be/wTVBJcYW8Lk | |
cros over spin mit Graupner-Fox, Tommy Brückelt, Flp. Hornberg BW | https://youtu.be/1LT0XpdUJp8 | |
Umkehrtrudeln, sehr beeindruckender Lehrfilm der KFAO, Martin Pohl |
Not- und Rettungsverfahren "Männchen"
Das wirklich Gefährliche dabei ist, dass die Ruder auf den Anschlag geknallt werden, du wirst sie zumindest in einer neutralen Stellung nicht festhalten können. Es schlägt dir den Knüppel aus der Hand, irgendwas kann kaputtgehen. Der oder das „Klügere“ gibt nach, in diesem Fall der Ruderanschlag, das Gestänge, die Umlenkung, die Aufhängung, die Scharniere und, und, und .... und jetzt hast du ein Problem.
Du darfst also nie in eine solche Lage kommen, es sei denn, du hast ein Kunstflugzeug, das speziell für Rückwärtsmanöver, sie heißen übrigens Männchen vorwärts und rückwärts (Tailslide, Canopy up/down) ausgelegt ist. Aber selbst da wird ein zu langes Rückwärtsrutschen vom Piloten steuertechnisch verhindert.
Die üblichen Schulungsdoppelsitzer für die Kunstflugausbildung sind für die Kunstflugmanöver "Männchen" nicht zugelassen, da jedoch Rückwärtsrutschen im schlimmsten Fall zwar geschehen, aber im Ansatz bereits verhindert werden kann, müssen diese Manöver während deiner Segelkunstflugausbildung geübt und beherrscht werden.
Warum ist das wichtig?
Beim „Sauschwänzchen“ ziehst du den Steuerknüppel an den Anschlag und hältst ihn mit beiden Händen so fest du kannst; durch den Druck auf das Höhenleitwerk kippt dein Segler nach vorne ab, selbst wenn er leicht rückwärts rutschen sollte.
Kurz vor Erreichen der Senkrechten nach unten nimmst du den Steuerknüppel neutral und fängst mit anliegender Fahrt sanft in die Normalfluglage ab. Auf keinen Fall gezogen lassen, da sonst sofort der second stall mit allen möglichen Folgen eintritt. „(- Jetzt kannst du wieder ausatmen).
Dieses Verfahren wendest du immer an, wenn es nach oben geht, es still wird und du noch bauchlagig bist. Solltest du bereits für deinen Figurenversuch Seiten- und/oder Querruder gegeben haben, halte diese Ruder ebenfalls in der Endstellung fest, also Anschlag Seitenruder, Anschlag Querruder und den Knüppel in einer hinteren Ecke fixieren. Mehr als ein komisch gefühltes „Herumschlenkern“ wird nicht passieren. Geht’s dann nach unten werden diese Ruder auch rechtzeitig in die Neutralstellung genommen, du willst ja aus der Figur nicht gleich heraustrudeln. Obwohl, inzwischen weißt du ja auch, was dann zu tun ist.
Spätestens jetzt drückst du den Steuerknüppel nach vorne auf den Anschlag und sicherst dir so das Umfallen nach hinten. Der Rest ist wie beim Sicherheitsmännchen, das gilt auch für bereits ausgeschlagene Richtungsruder. Das Sicherheitsweibchen wird im Normalfall aus einer nach hinten überzogenen Senkrechten geflogen, bist du inzwischen etwas mutiger geworden, kannst du auch vorsichtig, aber nicht mehr als -.2,5.g aus einer etwas schnelleren Rückenfluglage bis zu dem Abkippwinkel hochdrücken.
Flattern, Ruder und Bremsklappen
Flattern ist sehr gefährlich, schnell versagt die Struktur, oder es folgt ein kompletter Luftzerleger. Daher musst du, wenn du Ruderflattern spürst, sofort reagieren:
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Vorbereiten auf den Notausstieg.
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Keine ausgleichenden Steuerausschläge geben, die wirken oft kontraproduktiv, jedoch den Steuerknüppel festhalten
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Standardnotverfahren Kunstflug: Normalfluglage und Normalfahrt einnehmen.
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Geschwindigkeit verringern, jedoch nicht abrupt.
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Sofort landen.
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Segelflugzeug überprüfen lassen (Hersteller, LTB).
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Der Hersteller sollte auf jeden Fall sofort informiert werden, da evtl. weitere xdringende Maßnahmen erforderlich werden (TM/LTA).
An dieser Stelle möchten wir jedoch auf das Bremsklappenflattern eingehen
Bremsklappenflattern
(Eigentlich heißt es Luftbremsenflattern. Das Wort hat sich jedoch in der Literatur noch nicht so durchgesetzt, daher bleiben wir mal ausnahmsweise beim Bremsklappenflattern.)
Fliegst du nun eine negative g-Last biegt sich dein Flügel entgegengesetzt. Das im Flügel meist untenliegende Klappengestänge drückt dadurch auf die Klappenumlenkung und die Bremsklappe kann ebenfalls nach außen gedrückt werden.
In beiden Fällen sorgt dieses geräuschvolle Oszillieren (Flattern) zu einer hohen Belastung der Beschläge und auf die Anlenkung der Bremsklappe. Ein totales Versagen der Flügelstruktur ist uns nicht bekannt, allerdings kann es je nach Stärke und Frequenz der Schwingungen zur Ablösung der Grenzschicht kommen und somit die Querruderwirkung stark nachlassen.
Wenn du Bremsklappenflattern feststellst, wendest du zuerst das Standardnotverfahren im Kunstflug an:
- Normalfluglage und Normalfahrt einstellen, dann sehen wir weiter.
- Bremsklappen entriegeln, aus- und einfahren, verriegeln.
- Du bereitest dich auf eine eventuelle Fehlfunktion der Bremsklappe vor (kein Ausfahren möglich oder nach dem Ausfahren kein Einfahren möglich). Somit musst du deinen Flugweg entsprechend wählen.
- Sofort landen.
- Überprüfung der Bremsklappen und Anlenkung nach Landung.
Die üblichen Ursachen können sein:
- Falsche Einstellung der Kinematik (z.B. Vorspannung der Federn, siehe hierzu auch die LTA DG-500).
- Evtl. findest du dazu Angaben im Wartungshandbuch.
- Liegen keine falschen Einstellungen vor geht es sofort zum Hersteller./.LTB.
- Der Hersteller sollte auf jeden Fall sofort informiert werden, da evtl. weitere dringende Maßnahmen erforderlich werden (TM./.LTA).
Die besondere "Kunstflugbox" | Hier findest du einen oder mehrere Links zu interessanten, veröffentlichten Videofilmen, die dieses Thema betreffen. | |
Erklärfilm "Ruderflattern am Modell" der Akaflieg Braunschweig | https://youtu.be/0Cl_VRAaa4U | |
SB 9 Flatterfilm der Akaflieg Braunschweig | https://youtu.be/RenbFgLZBNA | |
Flutter |
Aerobatic - Resümee
Wie du gesehen hast, ist das Thema Aerodynamik beim Segelkunstflug sehr umfangreich. Daher können wir hier im Resümee auch nicht alles berücksichtigen, sondern wir werden uns auf "wichtige Merksätze" beschränken.
- Flughandbuch verinnerlichen;
- Linie stabilisieren;
- Ruder trennen;
- beim Ausleiten des Trudelns musst du auch manchmal warten können;
- keine abrupten Ruderausschläge, außer die Figur erfordert sie;
- der Strömungsabriss ist nur vom Anstellwinkel abhängig;
- alle Ruder wirken achsenbezogen, die Lage im Raum spielt keine Rolle;
- blickst du im Rücken nicht mehr durch - immer herausrollen, nie ziehen;
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wenn's rückwärtsgeht, alle Ruder auf Anschlag blockieren;
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kommt dir irgendetwas komisch vor, sofort Kunstflugnotverfahren durchführen: Normalfluglage und Normalfahrt einnehmen, dann sehen wir weiter.
Du kennst jetzt die aerodynamischen Zusammenhänge und weißt
zumindest theoretisch, was auf dich zukommt. Im nächsten Kapitel
"Betriebsgrenzen" geht es um deinen Flieger. Hier erfährst du was
Verwendete Quellen und Literatur für dieses Kapitel:
Allgemeine Fachliteratur im Bereich Aerodynamik gekoppelt mit den unermesslichen Erfahrungswerten in den Köpfen der beteiligten Segelkunstfluglehrer und Trainer ... und zusätzlich
- Bild NASA, urheberfreie Gemeinfreiheit, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Schweizer_1-36_ECN-26845.jpg?uselang=de
- ©xBild ... Beidhändig ...: Mit freundlicher Genehmigung von Eugen Schaal
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©xBild - rotierender Fox: Mit freundlicher Genehmigung der Swiss-Aerobatic-Glider-Association (SAGA)
- Auszug aus dem Flughandbuch DG 1000S: Mit freundlicher Genehmigung DG-Aviation
- ©xZeichnungen und Montagen: Schorsch Dörder
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