Dynamisch
Flugbahn und Geschwindigkeit ändern sich mit Nicklage und Leistung. Der Regler für γ ist deaktiviert. Beobachten Sie, wie die Flugbahn auf die Lageänderung reagiert.
BEDIENUNGSANLEITUNG / 01
Den Winkel sehen.
Den Flug verstehen.
Ein interaktives Labor zum Erkunden des Zusammenhangs zwischen Fluglage, Flugbahn, Geschwindigkeit und relativer Anströmung. Lernen Sie zuerst die Bedienelemente kennen und beobachten Sie dann die Veränderungen an der Tragfläche.
DER ZENTRALE ZUSAMMENHANG
α=θ−γ
01 / ERSTE SCHRITTE
Mit einem stabilisierten Flug beginnen
Öffnen Sie das Cockpit. Die Ausgangsbedingungen sind IAS 140 kt, Nicklage +4°, Flugbahnwinkel 0° und Schubhebel 50% auf Meereshöhe in der Standardatmosphäre. Der Anstellwinkel beträgt +4°. Der Modus Dynamisch ist aktiv. Mit Flug zurücksetzen kehren Sie jederzeit zu diesen Bedingungen zurück.
Die drei Scheiben gehören zum Cockpit. Das Tragflächenfenster liegt als Instrument über der Umgebung. In dieser Version ist der Himmel wolkenlos.
02 / FLUGGEOMETRIE
Drei Winkel mit unterschiedlichen Bezügen
- Nicklage · θ
- Längsneigung des Flugzeugs gegenüber dem Horizont. Ein positiver Wert bedeutet, dass die Nase über dem Horizont liegt.
- Flugbahn · γ
- Bewegungsrichtung gegenüber der Luftmasse. Ein positiver Wert bezeichnet eine gegenüber der Luft ansteigende Flugbahn.
- Anstellwinkel · α
- Differenz zwischen der Richtung der Profilsehne und der Flugbahn gegenüber der Luft. In dieser Anwendung ist der Einstellwinkel der Tragfläche null: α = θ − γ.
Eine Nase über dem Horizont bedeutet nicht zwangsläufig einen positiven Anstellwinkel.
03 / FLUGLAGE
Nicklage einstellen
Ziehen Sie den Regler NICKLAGE EINSTELLEN, verwenden Sie die zugehörigen Tasten −/+ oder ziehen Sie auf einer Scheibe nach oben oder unten. Der Wert neben dem Regler ist die Vorgabe; das Instrument NICKLAGE zeigt die aktuelle Lage. Die Bewegung erfolgt allmählich.
Die Tragfläche folgt der Nicklage. Die Horizontreferenz bewegt sich auf der Scheibe, während das Flugzeugsymbol feststeht. Der Flugbahnmarker zeigt die Bewegungsrichtung gegenüber der Luft. Der Abstand zwischen diesen Referenzen veranschaulicht den Anstellwinkel.
04 / FLUGBAHN
Die beiden Modi vergleichen
Manuell
Der Regler für γ wird freigegeben. Wählen Sie die Flugbahn, um die geometrischen Zusammenhänge getrennt zu betrachten. Nicklage und Schubhebel bleiben bedienbar.
05 / ENERGIE
Der Schubhebel steuert die Leistung
Ziehen Sie den Schubhebel nach oben, um die Leistung zu erhöhen, und nach unten, um sie zu verringern. Er wählt keine Geschwindigkeit direkt aus: Die IAS reagiert allmählich auf Schub, Widerstand und Flugbahnneigung.
- IAS: Angezeigte Fluggeschwindigkeit in Knoten. Sie gibt den Staudruck der Luft am Flugzeug wieder.
- GS: Horizontale Geschwindigkeit über Grund (Groundspeed) in Knoten.
- Variometer: Analoges Instrument neben der IAS-Anzeige. Null liegt links; der Zeiger geht im Steigflug nach oben und im Sinkflug nach unten, bis 4.000 ft/min.
Die TAS, die wahre Geschwindigkeit, mit der die Luft auf die Tragfläche trifft, wird weiterhin berechnet. Sie bestimmt Flugbahn, GS, Vertikalgeschwindigkeit und die Strömungsanimation. Oberhalb des Meeresspiegels ist die TAS größer als die IAS.
06 / BEZUGSSYSTEM LUFT
Relative Anströmung am Profil
Der relative Wind ist der Geschwindigkeit des Flugzeugs gegenüber der Luft entgegengerichtet. Sein Betrag folgt der TAS, seine Richtung der Flugbahn gegenüber der Luft. Dies ist die freie Anströmung, die FoilShape als Bezug verwendet. Das Tragflächenfenster gibt diese Geschwindigkeit als TAS an; das Panel zeigt die IAS.
Die Luftmasse ruht gegenüber dem Boden. GS zeigt die horizontale Geschwindigkeitskomponente des Flugzeugs; im Horizontalflug entspricht sie der TAS. Der Anstellwinkel bleibt α = θ − γ. Böen und vertikaler Wind sind nicht modelliert.
07 / STRÖMUNG
Die Bewegung an der Tragfläche ablesen
Die rechte Tragfläche zeigt das detaillierte Profil. Anliegende Stromlinien und Partikel stammen aus dem Potenzialfeld. Das Animationstempo folgt der TAS, die Anströmrichtung der Flugbahn gegenüber der Luft. Die Zeit ist zur besseren Beobachtung verlangsamt.
Oberhalb von |α| = 13° lösen sich die Linien auf der Saugseite zunehmend von der Oberfläche, mit einem Rückströmungsbereich und animiertem Nachlauf. Bei negativen Anstellwinkeln erscheint dies auf der Unterseite. Ablösung, Position, lokale Geschwindigkeiten und Farben sind schematisch, weder CFD noch eine Vorhersage realer Strömungsabrisse. Die Schwelle von 13° ist ein Lehrmodellparameter, keine Betriebsgrenze.
Anzeigen an der Tragfläche folgen Nicklage, Flugbahn und Anstellwinkel. Metalltextur, Reflexe und Beleuchtung sind vorgegeben. Die beiden Schubhebel bewegen sich gemeinsam und steuern eine einzige Lehrmodell-Leistungseinstellung.
- Strömung: Blendet Bänder, Linien, Partikel und Rückströmung ein oder aus.
- Vektoren: Blendet die Referenzen für Nicklage, Flugbahn und Anstellwinkel ein oder aus; beeinflusst auch den Flugbahnmarker im Cockpit.
- Farben: Bei anliegender Strömung wird die lokale Geschwindigkeit mit der TAS verglichen. Bei schematischer Ablösung ersetzt SCHEMATISCHE FARBEN die Zahlenskala. Die Farben stellen keinen Druck dar.
Die Reiter RECHTS und LINKS neben Strömung, Vektoren und Farben schalten das Fenster in gleicher Größe zwischen rechter und linker Tragfläche um. Der Reiter LINKS verwendet eine vereinfachte Darstellung ohne Vektoren und Farben; dort sind Vektoren und Farben deaktiviert. Ohne Rollen haben beide Tragflächen denselben Anstellwinkel.
3D-Ansicht: Ziehen Sie das Tragflächenbild, um es um 360° zu drehen; ein Doppelklick darauf führt zur Seitenansicht zurück, der Standardansicht. Außerhalb der Seitenansicht zoomt das Bild etwas heraus und zeigt ein Tragflächensegment, dessen Strömung sich auf einigen Ebenen entlang der Spannweite wiederholt, nur in der Nähe der Tragfläche. Das Farbfeld liegt in der mittleren Ebene; die Referenzen für Nicklage, Flugbahn und Anstellwinkel liegen auf der Ihnen zugewandten Stirnfläche. Die Titelleiste zeigt 3D, solange die Ansicht gedreht ist; Flug zurücksetzen führt ebenfalls zur Seitenansicht zurück.
08 / ÜBUNGEN
Fluglage und Anstellwinkel unterscheiden
Wählen Sie Manuell. Stellen Sie Nicklage und Flugbahn ein und warten Sie, bis die Instrumente die vorgegebenen Werte erreichen. Sie können auch pausieren und die Winkel einstellen, um statische Zustände zu vergleichen.
| Nicklage θ | Flugbahnwinkel γ | Anstellwinkel α |
|---|---|---|
| +4° | 0° | +4° |
| +4° | +10° | −6° |
| −2° | −8° | +6° |
Setzen Sie anschließend den Flug zurück und erhöhen Sie die Nicklage im Modus Dynamisch. Vergleichen Sie die anfängliche Änderung von α mit der späteren Reaktion der Flugbahn. Ändern Sie jeweils nur eine Größe.
09 / BEDIENUNG
Pause, Fenster und Tastatur
Über die oberen Tasten können Sie pausieren, zurücksetzen und das Vollbild öffnen. Ziehen Sie am Computer die Titelleiste des Tragflächenfensters, um es zu verschieben. Ziehen Sie das Tragflächenbild, um die 3D-Ansicht zu drehen; ein Doppelklick führt zur Seitenansicht zurück. Die Taste × schließt das Fenster; TRAGFLÄCHEN öffnet es wieder. Auf dem Smartphone werden Fenster und Instrumente untereinander angeordnet.
- ↑ / ↓
- Nicklage in Schritten von 1° einstellen; mit Umschalt in Schritten von 0,1°.
- + / −
- Leistung um 5 Prozentpunkte ändern.
- Leertaste
- Pausieren oder fortsetzen.
- R
- Ausgangsbedingungen wiederherstellen.
Die allgemeinen Tastenkürzel hängen vom Fokus ab: Ist ein Bedienelement ausgewählt, steuert die Tastatur dieses Element. Beim Schubhebel ändern ↑/↓ die Leistung; Pos1 wählt 0% und Ende 100%. Escape schließt die Erklärung.
10 / MODELL UND QUELLEN
Was diese Visualisierung darstellt
Profil und anliegende Strömung verwenden die Joukowski-Transformation mit Zirkulation nach der Kutta-Bedingung. Es handelt sich um ein zweidimensionales, inkompressibles, reibungsfreies und quasistationäres Potenzialfeld. Weder CFD noch eine Berechnung der Grenzschicht kommen zum Einsatz.
Oberhalb von |α| = 13° sind Warnhinweis und Nachlauf schematisch. Das Modell sagt keine reale Ablösung, Turbulenz oder Strömungsabrisse voraus; dieser Winkel ist keine Betriebsgrenze. Die Längsdynamik verwendet Lehrkoeffizienten, die vom dargestellten Feld unabhängig sind, sowie eigene Grenzen für Geschwindigkeit und Flugbahn. MODELLGRENZE zeigt an, dass eine dieser Grenzen erreicht wurde.
Die IAS folgt FoilShape: Standardatmosphäre und Staudruck q0 = ½ρV². Die Anzeige rechnet diesen Druck mit der Dichte auf Meereshöhe um: IAS = TAS × √(ρ/ρ0), ohne Instrumenten- oder Einbaufehler. Der Flug beginnt auf Meereshöhe. Auftrieb und Widerstand hängen vom Staudruck ab: Bei gleichem Anstellwinkel und gleicher Flugbahn ändert sich die Gleichgewichts-IAS nicht mit der Höhe, während die TAS im Steigflug zunimmt. Der Schub ändert sich nicht mit der Höhe.
Diese Version bildet kein bestimmtes Flugzeug, keine Wolken und keine Rolldynamik ab. Allein eine Querneigung führt nicht zu unterschiedlichen Anstellwinkeln beider Tragflächen.
Die 3D-Ansicht fügt dem Modell keine Physik hinzu. FoilShape behandelt ein zweidimensionales Profil; daher wiederholt sich dasselbe Feld entlang eines kurzen Spannweitenabschnitts, wie bei einem Schnitt durch eine Tragfläche unendlicher Spannweite. Randwirbel und Abwind (Downwash), dreidimensionale Effekte einer endlichen Tragfläche, sind nicht dargestellt.
Begriffliche Grundlagen: NASA — Joukowski und Kutta-Bedingung; NASA — Anstellwinkel; NASA — Abwind und Randwirbel.
FAA — Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge · Kapitel 4 (Principles of Flight) und 5 (Aerodynamics of Flight). NASA — Kräfte im Steigflug.
NASA/BGA — FoilShape (Tom Benson) · Grundlage für Joukowski-Geometrie, lokale Geschwindigkeit, Standardatmosphäre, Staudruck und vereinfachte Darstellung bei hohen Anstellwinkeln. JavaScript-Implementierung und Animationen dieser Anwendung sind eigenständig.