книги / Немецкий язык (летательные аппараты)

einnimmt, auch wenn er des Nachts oder bei einem Blindflug den Horizont nicht sieht.

Tatsächlich sind in jedem Flugzeug Bordgeräte vorhanden, die auf ähnliche Weise arbeiten; sie heißen Kreiselgeräte. Dazu gehören der Kreiselkompaß, der Wendezeiger, der Autopilot und der künstliche Horizont. Der Kreisel in einem derartigen Gerät sieht natürlich anders aus als der Brummkreisel; er besteht aus einer Metallscheibe, die mit einer Achse versehen ist. Die Kreisel werden elektrisch oder durch einen Luftstrahl ununterbrochen in schneller Umdrehung gehalten.

Ihre Achsen sind so befestigt, daß sie den Bewegungen des Flugzeuges ausweichen können. Wird zum Beispiel das Flugzeug von einer Windbö erfaßt und nach links abgetrieben, so folgt die Kreiselachse dieser Drehung nicht, sondern weicht nach rechts aus. Das Ausweichen der Kreiselachse wird auf die Instrumente in der Pilotenkabine übertragen. Sie zeigen dem Flugzeugführer an, welche Fluglage die Maschine im Luftraum hat.

Texterläuterungen:

der Brummkreisel - BOJIHOK (mpyimca) Umfallen - na^aTb, onpoKHflbraaTbca In Umdrehung versetzen - BpamaTb schräg - HaKjioHHo

der Blindflug - noneT no npnöopaM, cjienoH nojieT

Aufgaben zum Text

1.Lesen Sie den Text durch und suchen Sie die Sätze, die die Arbeitsweise des Kreisels beschreiben. Sie können das Wörterbuch benutzen.

2.Nennen Sie den Gegenstand, der auf ähnliche Weise wie der Kreisel arbeitet.

3.Erklären Sie die Arbeitsweise des Kreisels.

Kapitel V ist auch zu Ende!

Aufgaben zur Kontrolle

1.Beantworten Sie folgende Fragen:

1.1.Was gehört zur Flugzeugausrüstung?

1.2.Wozu dienen die Triebwerksüberwachungsanlagen?

1.3.Wie ist die Aufgabe von Flugwerküberwachungsanlagen?

2.Setzen Sie fehlende Wörter ein.

2.1.dienen zur Anzeige der Flughöhe.

2.2. ... dienen zur Anzeige der Geschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft.

2.3. ... dienen zur Anzeige der Steigund Sinkgeschwindigkeit.

2.4. ... zeigen die Vertikalgeschwindigkeit.

2.5. ... ersetzen den natürlichen Horizont.

2.6. ... zeigen die Drehgeschwindigkeit um die Hochachse.

2.7. ... zeigen die Kurbenwellendrehzahl und die Turbinendrehzahl.

2.8. ... zeigen die Drücke der Einrichtungen von Flugwerk und Triebwerk.

2.9. ... können bestimmte Flugaufgaben selbsttätig ausfuhren.

2.10. ... regeln die Lufttemperatur, den Luftdruck und die Luftfeuchte.

2.11. ... ermöglichen das Einfahren und das Ausfahren von Fahrwerken, Landklappen, Bremsklappen usw.

2.12. ... retten die Passagiere und Besatzung in Notfällen.

2.13.dienen zur Bestimmung des Kurses.

Die Richtigkeit können Sie mit Hilfe der Texte kontrollieren.

3.Versuchen Sie die Flugzeugausrüstung schematisch darzustellen/nontiTaHTecB cxeMaraHecKH npeflCTaßim» o6opy£OBaHHe caMOJieTa.

Viel Erfolg!

TEXTE FÜR SELBSTÄNDIGES LESEN

Kapitel VI. Warum fliegt ein Flugzeug?

Text 1. Satz von Bernoulli

Der Satz von Bernoulli ist eine Form des Energiesatzes für strömende Medien. Er besagt, dass die Summe der unterschiedlichen Energieformen innerhalb einer Strömung konstant bleibt:

P + PL (Z) •V2 +PL(Z)' g • z = const.

2

Die Gesamtenergie der Strömung setzt sich aus dem statischen Druck p, dem von der Geschwindigkeit v und der Dichte p abhängigen Staudruck

sowie der von der Höhe abhängigen potentiellen Energie p x g x z zusammen. Da Zustände der Strömung miteinander verglichen werden - zum Beispiel Flügelvorderund -hinterkante - und die Änderung der Höhe bei der Umströmung eines Flugzeuges sehr klein ist, kann der Anteil der potentiellen Energie vernachlässigt werden. Sie bleibt annähernd konstant. Damit ergibt sich aus dem Satz von Bernoulli eine wichtige Aussage: Steigt der Druck, dann sinkt die Geschwindigkeit; wird die Strömung beschleunigt, wird der Druck kleiner.

Allerdings berücksichtigt die hier angegebene und im allgemeinen als Bemoullisatz bezeichnete Form des Energiesatzes nicht die Kompressibilität der Luft. Sie kann daher für Berechnungen nur bei Geschwindigkeiten bis etwa Mach 0,4 herangezogen werden. Darüber hinaus wird der Einfluß der Kompressibilität zu groß und „Bernoulli“ zu ungenau. Die qualitative Aussage über die Beziehung

zwischen Druck und Geschwindigkeit güt aber auch bei größeren Machzahlen. Die entsprechende Form des Energiesatzes ist aber weniger anschaulich.

Text 2. Kontinuitätssatz

Im Gegensatz zum Satz von Bemoulli ist der „Konti“ immer anwendbar. Nach dieser grundlegenden Gesetzmäßigkeit ist der Massendurchsatz durch einen beliebigen Querschnitt S konstant:

m = S-p-v = const.

Als Massendurchsatz wird die erste Ableitung der Masse nach der Zeit verstanden, also wieviel Kilogramm pro Sekunde durch einen festgelegten Querschnitt fließen. Vereinfacht ausgedrückt besagt der Kontinuitätssatz: Was vorne hineinströmt - zum Beispiel in einen Schlauch muß hinten auch wieder herauskommen. Wird bei konstanter Dichte der Querschnitt S vergrößert, reduziert sich die Geschwindigkeit, anders herum kann die Strömung beschleunigt werden, indem S verkleinert wird. Das ist das Prinzip einer Unterschalldüse. Die Grenzen des betrachteten Querschnitts müssen nicht wie bei einem Schlauch aus festen Wänden bestehen. Es kann ein beliebiger Bereich aus einer Strömung herausgegriffen werden, beispielsweise ein Kasten um das Flügelprofil herum.

Text 3. Satz von Kutta-Joukowsky

Dieser Satz, der bereits Anfang des Jahrhunderts hergeleitet wurde, gibt den Zusammenhang zwischen der Zirkulation T und dem Auftrieb A an:

A = P L ( Z ) Ö - v T

b ist die Breite des betrachteten Flügelabschnitts, v die Fluggeschwindigkeit. Wird die Zirkulation durch die

Geschwindigkeit und die Flügeltiefe dividiert und damit dimensionslos gemacht, ergibt sich der Auftriebsbeiwert:

2-T

Die zur Bestimmung der Zirkulation notwendige Kuttasche Abflußbedingung besagt, dass die Luft an der scharfen Flügelhinterkante glatt abströmt. Das heißt, der hintere Staupunkt - der Punkt, an dem die Strömungen von ober­ und unterhalb des Flügels wieder Zusammentreffen - liegt genau an der Hinterkante des Flügels.

Text 4. Auftrieb

Eigentlich gibt es zwei Kräfte, die in der Luftfahrt ausgenutzt und beide Auftrieb genannt werden: der aerodynamische Auftrieb, der bei Flugzeugen wirkt, und der statische Auftrieb, den der griechische Physiker und Mathematiker Archimedes bereits im dritten Jahrhundert vor Christus entdeckte. Dieser statische Auftrieb bewirkt, dass Ballons fliegen und Schiffe schwimmen. Wie Archimedes damals mit Wasser als Medium erkannte, entspricht der Auftrieb eines Körpers der Gewichtskraft des von ihm verdrängten Volumens. Dass das Phänomen bei Wasser deutlicher zutage tritt, liegt an der sehr viel höheren Dichte des Wassers im Vergleich zu Luft. Im Toten Meer, dessen Wasser durch den hohen Salzgehalt eine noch größere Dichte aufweist, kann man problemlos auf der Oberfläche treiben. Dabei entspricht die Gewichtskraft des vom eingetauchten Körpervolumen verdrängten Wassers als nach oben wirkende Auftriebskraft der Gewichtskraft des Körpers.

Soll ein Ballon steigen, muß das von der Hülle verdrängte Luftvolumen schwerer sein als die Masse des Ballons - inklusive Korb, Besatzung, Ballast, Hülle und Gas darin. Da die Luftdichte mit der Höhe abnimmt - und damit die Masse

des verdrängten Luftvolumens wird der Auftrieb immer geringer. In der Gipfelhöhe besteht schließlich Kräftegleichgewicht zwischen Auftrieb und Gewichtskraft.

Text 5. Aerodynamischer Auftrieb

Die Fähigkeiten eines Fluggeräts bei der Ausnutzung des statischen Auftriebs sind begrenzt. Um die Nutzlast zu erhöhen, müßte die Ballonhülle immer weiter vergrößert werden. Dem sind Grenzen gesetzt. Wenn auch Ballon oder Zeppelin dem Flugzeug bei der Flugdauer prinzipiell überlegen sind, liegen sie in Sachen Geschwindigkeit oder Manövrierfähigkeit natürlich hoffnungslos zurück. Sollen also Nutzlast, Flugleistungen und -eigenschaften steigen, muß, wie beim Flugzeug geschehen, auf ein anderes Prinzip der Auftriebserzeugung zurückgegriffen werden: den aerodynamischen Auftrieb.

Im einfachsten Fall - dem horizontalen Reiseflug mit konstanter Geschwindigkeit und Fluglage wirken auf ein Flugzeug vier Kräfte: Schub und Widerstand in der Waagerechten, die sich in diesem Fall ebenso das Gleichgewicht halten wie Auftrieb und Gewichtskraft in der Senkrechten (siehe Grafik: Aerodynamischer Auftrieb). Da die Kräfte nicht im Schwerpunkt des Flugzeugs angreifen und Momente verursachen, müssen diese durch Trimmen zum Beispiel am Höhenruder ausgeglichen werden. Bei Manövern, Start und Landung wirken prinzipiell die gleichen Kräfte. Bei Start oder Landung kommen zum Beispiel noch der Rollwiderstand und Trägheitskräfte hinzu. Geschwindigkeit und Anstellwinkel, die beide Einfluß auf die Größe von Auftrieb und Widerstand haben, sind in diesem Fall nicht konstant.

Aerodynamischer Auftrieb am Fluqzeuq

A

Auftrieb A

Schub F

W

Gewichtskraft G

hohe Geschwindigkeit (> v0). niedriger Druck (< p0)

geringe Geschwindigkeit (< v0). hoher Druck (> p0)

Kräftegleichgewichte im horizontaler Reiseflug Staudruck

A = G, F = W	,=£LM. v 2
Auftrieb	Energiesatz (Bernoulli -Gleichung)
V2- S CA	)+£l^).v2=const

PL(Z)= Luftdichte (höhenabhängig)

v = Geschwindigkeit der Strömung

S = Flügelbezugsfläche

cA = Auftriebsbeiwert

p = statischer Druck

Abb. 6-1. Aerodynamischer Auftrieb am Flugzeug

Der Schub wird durch das Triebwerk geliefert, der Luftwiderstand setzt sich hauptsächlich aus Reibungsund Druckkräften der Luftströmung zusammen. Soll das Flugzeug beschleunigt werden, muß der Schub größer sein als der Widerstand. Soll das Flugzeug steigen, muß der Auftrieb größer sein als die Gewichtskraft. Doch woher kommt der Auftrieb, der letztlich dafür sorgt, dass ein Flugzeug fliegt?

Damit an einem Flügel Auftrieb entsteht, muß eine spezielle Druckverteilung vorliegen: An der Tragflächenunterseite - bezogen auf den Umgebungsdruck - im Mittel ein Überdruck, an der Oberseite ein Unterdrück. Da der statische Druck eine auf die Fläche bezogene Kraft darstellt, ergibt eine Multiplikation des mittleren Drucks mit der Fläche eine Kraft, die senkrecht zur Fläche wirkt. Wegen des höheren Drucks an der Flächenunterseite zeigt die resultierende Kraft - der Auftrieb - nach oben. Durch den Unterdrück an der Flügeloberseite stellt sich zusätzlich ein Sogeffekt ein. Im direkten Vergleich ist dieser Sog stärker als der ihm auf der Unterseite gegenüberstehende Druck. So betrachtet, wird ein Flugzeug nicht in die Luft gedrückt, sondern gesogen.

Mit dem Energiesatz - bei niedrigen Geschwindigkeiten in Form der Bernoulli-Gleichung - kann eine Beziehung zwischen dem statischen Druck und der Strömungsgeschwindigkeit hergestellt werden. So ergibt ein hoher Druck eine geringe Geschwindigkeit und ein niedriger Druck eine große Geschwindigkeit. Das heißt: Um zu einer Auftrieb erzeugenden Druckverteilung zu gelangen, muß ein Flügelprofil so gestaltet sein, dass die Strömung auf der Tragflächenoberseite beschleunigt und auf der Unterseite verlangsamt wird.

Mit Hilfe des sogenannten Kontinuitätssatzes und der Betrachtung der Profilform ist eine anschauliche - qualitative - Erklärung möglich, wie es zu diesen Geschwindigkeiten kommt: Der Weg, den die Strömung entlang des Profils oberhalb des Flügels zurücklegen muß, ist länger als unterhalb. Die unterschiedlichen Weglängen ergeben sich aus dem Profil, das entweder unsymmetrisch - oben stärker gewölbt - oder angestellt ist. Sollen die Luftteilchen, wie es der Kontinuitätssatz fordert, zur gleichen Zeit die Flügelhinterkante erreichen, müssen sie oberhalb der Tragfläche eine höhere Geschwindigkeit haben als an der Flügelunterseite. Obwohl das Flugzeug selbst im Unterschall fliegt, kann so die Strömung auf den Tragflächen örtlich die Schallgeschwindigkeit überschreiten und dann den Widerstand erhöhen.

Damit ist es klar, dass ein symmetrisches Profil, das nicht angestellt ist, auf Grund der gleichen Geschwindigkeitsverteilung auf beiden Seiten des Flügels keinen Auftrieb erzeugt (siehe Grafik: Auftriebsbeiwert und Anstellwinkel). Tragflächen mit symmetrischem Profil werden deshalb leicht angestellt an den Rumpf montiert, um so den im Reiseflug notwendigen Auftrieb zu erzeugen.

Komplizierter und weniger anschaulich wird es, wenn der Auftrieb - theoretisch - quantitativ bestimmt werden soll.

Text 6. Druckverteilung am Flügelprofil. Zirkulation um ein Flügelprofil

Stellt man sich die Umströmung eines Flügelprofils als eine Überlagerung einer rein translatorischen Strömung - mit einer im Mittel gleichen Geschwindigkeit oberund unterhalb des Flügels - mit einer rotatorischen Strömung vor, kommt der Begriff der Zirkulation ins Spiel (siehe Grafik: Zirkulation um ein Flügelprofil).

Druckverteilung am Flügelprofil

O berseite

Überdruck an der Flügelunterseite	Px = Druck an der Stelle x
	p . = Druck vor dem Flügel
	q . = Staudruck vor dem Flügel
	t = Flügeltiefe

Abb. 6-2. Druckverteilung am Flttgelprofil