Auftriebshilfe
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Eine Auftriebshilfe ist eine Vorrichtung an einer Tragfläche eines Flugzeuges, die dazu dient, in bestimmten Flugsituationen den Auftriebsbeiwert der Tragflächen zu vergrößern.
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[Bearbeiten] Einsatz
Auftriebshilfen werden insbesondere während der Landung und des Starts, seltener auch im Steigflug und beim Manövrieren eines Flugzeugs benutzt. Nur in seltenen Fällen (siehe Douglas DC-8) werden sie auch während des Reisefluges eingesetzt. Ziel der Anwendung von Auftriebshilfen ist es vor allem, die Lande- und Startgeschwindigkeit und dadurch die Start- und Landestrecke zu verringern, im Steigflug Steigwinkel zu erhöhen und im Kurvenflug den Kurvenradius zu verringern. Auftriebshilfen erhöhen in unterschiedlichem Maße den Luftwiderstand des Flugzeuges und werden deshalb auch zur Herabsetzung oder Begrenzung der Fluggeschwindigkeit, insbesondere im Sinkflug, eingesetzt. Luftbremsen sind jedoch keine Auftriebshilfen.
Die Hersteller des Flugzeuges legen für die Benutzung der Auftriebshilfen zulässige Höchstgeschwindigkeiten fest. Oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit können Landeklappen typischerweise nicht mehr ausgefahren werden, weil der Stellantrieb nicht reicht, die aerodynamischen Kräfte zu überwinden. Bei noch höheren Geschwindigkeiten, die auch vom augenblicklichen Ausfahrwinkel der Landeklappen abhängen, drohen sogar Beschädigungen der Klappen. Einige Flugzeuge verfügen daher über Landeklappen, die durch die aerodynamischen Kräfte bei zunehmender Geschwindigkeit automatisch eingefahren werden (z. B. Grumman F4F).
[Bearbeiten] Arten von Auftriebshilfen
Auftriebshilfen unterscheiden sich in Ihrem Aufbau und der Position am Flügel. Auftriebshilfen wirken entweder auf die Flügelwölbung, die Flügelfläche, auf die Grenzschicht der Luftströmung um einen Flügel oder durch Umlenkung des Triebwerksstrahls.
[Bearbeiten] Auftriebshilfen an der Flügelvorderkante
[Bearbeiten] Krügerklappe
Die Krügerklappe ist eine relativ einfache Einrichtung, die sowohl die Flügelwölbung, als auch die Flügelfläche verändert
[Bearbeiten] Vorflügel
Der Vorflügel ist ein ausfahrbarer oder starrer kleiner Flügel, der sich an der Vorderseite des Tragflügels befindet. Er lässt durch einen Luftspalt Luft von der Unterseite auf die Oberseite des Flügels und verhindert damit einen Strömungsabriss bei hohen Anstellwinkeln. Ist er beweglich ausgeführt, vergrößert sich gleichzeitig die Flügelfläche. Einige Flugzeuge verfügen über Vorflügel, die sich aufgrund der auf sie wirkenden aerodynamischen Kräfte selbsttätig ein- und ausfahren, wie es die Situation erfordert (z. B. Messerschmitt Bf 108 oder Morane MS 880 Rallye).
[Bearbeiten] Kippnase
Bei der Kippnase wird die komplette Flügelnase nach unten abgewinkelt. Dadurch erhöht sich die Flügelwölbung. Sie wurde nur zeitweise in sowjetischen Flugzeugen sowie der Concorde eingesetzt.
[Bearbeiten] Auftriebshilfen an der Flügelhinterkante
[Bearbeiten] Landeklappe (auch Wölbklappe)
Eine Landeklappe, auch Flap genannt, ist die einfachste Form der Auftriebshilfe. Es ist eine ausfahrbare Verlängerung am hinteren Ende der Tragfläche. Sie erzeugt den beim Landeanflug notwendigen Auftrieb und ermöglicht somit den (An-)Flug mit verminderter Geschwindigkeit des Flugzeugs. Bei Segelflugzeugen werden die Gleiteigenschaften durch optimale Einstellung der Wölbklappe zwischen der positiven Landestellung und der negativen Schnellflugstellung optimiert. Bei Kunstflugzeugen können die Landeklappen gegensinnig mit dem Höhenruder ausgeschlagen werden (z. B. die Gegenklappen des Hirth Acrostar), bei Segelkunstflugzeugen wurden sie sogar schon vollständig automatisch angesteuert.
Klappen werden normalerweise auf beiden Seiten der Flügel im gleichen Winkel ausgefahren. Wenn sie jedoch mit dem Querruder gekoppelt sind, spricht man vom Flaperon, wie etwa bei der F-16 Fighting Falcon verwendet. Bei einigen Flugzeugen werden beim Ausfahren der Landeklappen auch die Querruder gleichsinnig abgesenkt (z. B. Messerschmitt Bf 109).
[Bearbeiten] Spaltklappe
Bei der Spaltklappe wird wie bei der Landeklappe ein Ruder nach unten geklappt. Gleichzeitig gibt diese Bewegung jedoch einen Luftspalt frei, der Luft auf die Oberseite des Tragflügels lässt und so einen Strömungsabriss verhindert. Spaltklappen können so aufgebaut sein, dass sie bis zu drei Spalten freigeben. Bei der Spaltklappe wird die Tragflächenwölbung verändert.
[Bearbeiten] Fowlerklappe
Bei der Fowlerklappe handelt es sich um eine Klappe, die unterhalb der Tragflügelhinterkante nach hinten gefahren und angestellt wird. Dadurch wird wie bei der Spaltklappe ein Luftspalt zwischen Oberseite des Flügels und Unterseite frei, die Tragflächenwölbung und die Flügelfläche vergrößert sich. Als sogenannte Einspaltklappe sind sie z. B. an allen Airbus-Flugzeugen (außer der A321 und der neuen A400M), so auch der A380, vertreten. Die A321 besitzt eine Doppelspalt-Hochauftriebssystem. Auch sind Fowlerklappen so ausgeführt worden, dass sie bis zu drei Spalten freigeben (auch Fowler-systen genannt). Sie werden z.B. eingesetzt an den Boeing-Modellen B727, B737 und B747.
[Bearbeiten] Spreizklappe
Bei der Spreizklappe wird ein Teil des hinteren Flügelunterteils nach unten geklappt. Dadurch vergrößert sich die Flügelwölbung.
[Bearbeiten] Junkers-Doppelflügel
Beim Junkers-Doppelflügel befindet sich hinter dem eigentlichen Tragflügel noch ein zusätzlicher kleiner Flügel. Dadurch kann die Tragflächenwölbung vergrößert werden. Junkers-Doppelflügel können nicht nur als Auftriebshilfen, sondern auch als Steuerflächen (Querruder) eingesetzt werden (z. B. Junkers Ju 52/3m).
[Bearbeiten] Andere
Durch eine Beeinflussung der Grenzschicht auf einem Tragflügel kann die Abreißgeschwindigkeit verringert und der maximale Anstellwinkel vergrößert werden. Dabei wird entweder ein Teil der Luftströmung auf der Flügelfläche abgesaugt, oder durch ein Gebläse Luft auf die Tragflächenoberseite eingeblasen.
[Bearbeiten] Steuerung und Antrieb
Auftriebshilfen an der Flügelvorderkante arbeiten zum Teil automatisch in Abhängigkeit vom Anstellwinkel und der Fluggeschwindigkeit. Sonstige Auftriebshilfen werden vom Piloten oder der Fly-by-wire-Steuerung gezielt eingesetzt oder sind zwingender Teil des Landeverfahrens. Der Antrieb von Landeklappen erfolgt meist manuell, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch.
[Bearbeiten] Anstellwinkel und Auftriebsschwerpunkt
Mit ausgefahrenen Landeklappen erhöht sich der Anstellwinkel des Flügels gegenüber dem eingefahrenen Zustand (flaps up). Das Flugzeug wird dadurch schwanzlastig und muss deshalb (bei vielen Flugzeugen) nachgetrimmt werden (buglastig trimmen).
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Der Auftriebsschwerpunkt (center of lift) verschiebt sich bei ausgefahrenen Klappen nach hinten.
[Bearbeiten] Auftrieb und Luftwiderstand
Beim stufenweisen Ausfahren der Landeklappen erhöhen sich Auftrieb und Luftwiderstand des Flügels. Das geschieht jedoch nicht linear für beide Werte. Während sich bei leicht ausgefahrenen Klappen (die ersten Klappenstellungen, die ersten 50% beim Ausfahren) besonders der aerodynamische Auftrieb erhöht und der Luftwiderstand nur minimal ansteigt, nimmt bei stark ausgefahrenen Klappen (die letzten Klappenstellungen, die letzten 50 % beim Ausfahren) der Auftrieb nur noch minimal zu, während der Luftwiderstand sehr stark zunimmt.
Deshalb werden für den Start und den Anflug die Klappen für die Auftriebserhöhung nur gering ausgefahren, während für den Endanflug die Klappen zwecks starker Erhöhung des Luftwiderstandes voll ausgefahren werden. Die Landung mit voll ausgefahrenen Klappen ermöglicht einen steileren Anflug, eine schnellere Reduzierung der Fluggeschwindigkeit (ein großes Flugzeug mit 200 t träger Masse reduziert die Fluggeschwindigkeit nur sehr langsam) und eine kürzere Ausrollstrecke.
[Bearbeiten] Überziehgeschwindigkeit
Die Überziehgeschwindigkeit (stallspeed) wird durch das Ausfahren der Klappen reduziert. Der zulässige Geschwindigkeitsbereich mit ausgefahrenen Klappen ist auf dem Fahrtmesser mit einem weißen Bogen gekennzeichnet.
[Bearbeiten] Geschichte
Auftriebshilfen wurden Ende der 1920er Jahre eingeführt, als die Flugzeuge Geschwindigkeiten jenseits der 300 km/h erreichten. Mit den dadurch notwendigen dünnen Flügelprofilen wuchs die Start und Landegeschwindigkeit so stark an, das ein Landen für den normalen Piloten auf den damals noch häufig unbefestigten Flugplätzen zu einem Risiko wurde.
[Bearbeiten] Siehe auch
Auftrieb, Tragfläche, Profil (Flügel), Flügelfläche, Anstellwinkel, Strömungsabriss, Landeanflug, STOL, Flettner-Klappe
[Bearbeiten] Literatur
- Lexikon der Luftfahrt, Transpress, ISBN 3-344-70711-6
