Flugsteuerung
Die Flugsteuerung (engl. flight control) umfasst das gesamte System zur Steuerung von Flugkörpern um alle drei Raumachsen. Dazu gehört neben den Steuerflächen und den Steuerelementen in der Pilotenkanzel auch die Übertragung der Steuereingaben.
Achsen
Zur Beschreibung der Steuerung werden Achsen benannt:
- Längsachse [Achse der größten Ausdehnung] (engl. roll),
- Querachse (engl. pitch),
- und Hochachse (engl. yaw)
Steuerflächen und Steuerdüsen
Die Steuerung kann beim Starrflügelflugzeug durch verschiedene Komponenten erfolgen: Ruder und Klappen, Strahlklappen genannte Schlitzdüsen, durch das Verstellen von Schubvektoren (Strahltriebwerke, bei denen der Abgasstrahl in verschiedene Richtungen bewegt werden kann), durch Verwindung der Tragflügel und Leitwerke oder auch durch Gewichtsverlagerung. Beim Hubschrauber wird mit Hilfe der Rotorblattverstellung und der Steuerung eines eventuell vorhandenen Heckrotors oder Fenestrons oder einer Düse am Heckausleger gesteuert. Bei allen anderen Flugzeugen können alle vorgenannten Steuerungsmöglichkeiten zum Einsatz kommen. Beim Senkrechtstarter kommen als weitere Steuerungsmöglichkeiten insbesondere im Schwebe- und Transitionsflug das Kippen bzw. Schwenken von Rotoren oder Strahltriebwerken hinzu.
Die Steuerung von Starrflügelflugzeugen sei am Beispiel der Steuerung über Ruder dargestellt:
- Die Querruder am hinteren Ende der Tragflächen steuern − immer zugleich und entgegengesetzt − die Querlage des Flugzeugs, also die Drehung um die Längsachse, das Rollen.
- Die Höhenruder am hinteren Ende des Flugzeugs regulieren die Längsneigung, auch Nicken oder Kippen genannt, indem der Anstellwinkel verändert wird.
- Das Seitenruder − beim konventionellen Starrflügelflugzeug am hinteren Ende des Flugzeugs − dient der Seitensteuerung, auch Wenden oder Gieren genannt.
- Trimmruder am Höhenruder dienen der Höhentrimmung. Größere Flugzeuge haben auch Trimmruder für Quer- und Seitenruder.
- Spoiler dienen der Begrenzung der Geschwindigkeit im Sinkflug und der Verminderung des Auftriebs.
Das Flugzeug kann simultan um eine oder mehrere dieser Achsen drehen.
Das Höhenruder ist in der Regel hinten am Flugzeugrumpf angebracht, ebenso das Seitenruder, diese Kombination wird als Heckleitwerk bezeichnet. Abweichend davon kann die Höhensteuerung auch vorne platziert sein (Canard).
Höhen- und Seitenruder können auch kombiniert werden wie beim V-Leitwerk.
Die Funktion der Querruder kann durch gegenläufigen Ausschlag der Höhenruder ersetzt werden.
Alle Arten von Trimmrudern dienen der Stabilisierung der Flugzeuglage und erleichtern dem Piloten die Flugsteuerung. Bei modernen Flugzeugen übernimmt der Autopilot die Kontrolle der Trimmruder.
Die Hochauftriebshilfen werden beim Starten, im Steigflug und zum Landeanflug benutzt. An der Hinterkante der Flügel befinden sich die Hinterkantenauftriebshilfen oder Endklappen (flaps), die im Gegensatz zu den Rudern immer synchron an beiden Tragflügeln verwendet werden. Größere Flugzeuge und STOL-Flugzeuge haben meist auch noch Nasenauftriebshilfen in Form von Vorflügeln (Slats), Krügerklappen oder Nasenklappen (Kippnasen), die analog zu den an der hinteren Tragflächenkante gelegenen Landeklappen an der vorderen Tragflächenkante ausfahren. Durch die Klappen kann die Wölbung des Tragflügelprofils so verändert werden, dass die Abrissgeschwindigkeit gesenkt wird und auch beim langsamen Landeanflug oder im Steigflug der Auftrieb erhalten bleibt.
Für die Begrenzung der Geschwindigkeit im Sinkflug werden auf den Tragflächen angebrachte sogenannten Brems-/Störklappen, „Spoiler” genannt, verwendet. Im ausgefahrenen Zustand vermindern sie den Auftrieb an den Tragflächen (Strömungsablösung). Durch den verringerten Auftrieb ist ein steilerer Landeanflug möglich. Spoiler werden auch zur Unterstützung der – in bestimmten Flugbereichen auch als Ersatz für – Querruder verwendet. Nach der Landung werden die Spoiler voll ausgefahren, so dass kein (positiver) Auftrieb mehr wirken kann. Dies geschieht meist durch einen Automatismus, der unter anderem durch das Einfedern des Hauptfahrwerks bei der Landung eingeleitet wird.
Es gibt auch Steuerflächen mit mehrfachen Funktionen:
- Flaperons: arbeiten sowohl als Klappen als auch als Querruder
- Spoilerons: arbeiten sowohl als Spoiler als auch als Querruder
- Elevons: arbeiten sowohl als Höhenruder als auch als Querruder, insbesondere beim Nurflügel-Flugzeug
Neben der konventionellen Anordnung der Steuerflächen existieren, wie vorher angedeutet, auch Sonderformen:
- Das Canard („Entenflugzeug“) hat das Höhenruder vorne, beispielsweise Gyroflug SC01 Speed-Canard
- Der Nurflügel hat kein separates Höhenruder, beispielsweise der Northrop B-2 Bomber
- Die Box-wing Tragfläche verwendet ein kombiniertes Höhen-/Querruder, Seitenruder existieren in Form von Störklappen an den äußeren Flächenenden.
Steuerelemente
Steuerelemente sind diejenigen Hebel und Pedale, die in der Pilotenkanzel vom Piloten betätigt werden können und zur Steuerung des Flugzeugs dienen.
- Steuerknüppel, Steuerhorn oder Sidestick
Steuerknüppel, Steuerhorn oder Sidestick dienen zur Steuerung der Querlage und der Längsneigung und steuern das Querruder und das Höhenruder.
Der Steuerknüppel eines Flugzeugs dient zum gleichzeitigen Steuern von Querneigung und Längsneigung. Er befindet sich vor dem Unterbauch des Piloten und wird normalerweise mit einer Hand gehalten.
Das Steuerhorn ist eine andere Einheit zur Steuerung von Flugzeugen um die Längs- und Querachse. Angeordnet ist es im Cockpit zentral vor dem Piloten und verfügt über Haltegriffe für beide Hände. Dabei werden die Kräfte, die während des Fluges auf das Flugzeug wirken, in Form von Widerstand und Ausschlag auf die Steuereinheit übertragen.
Ein Sidestick ist ein Steuerknüppel, der nicht zentral vor dem Piloten, sondern seitlich angeordnet ist und nur mit einer Hand bedient wird.
- Seitenruderpedale
Die Pedale zur Seitensteuerung betätigen das Seitenruder und in der Regel am Boden auch die Bremsen. Bei Segelflugzeugen wird die Radbremse (wenn vorhanden) meist durch Ziehen des Bremsklappenhebels betätigt.
- Trimmung
Zur dauerhaften Trimmung dienen
- ein Trimmrad oder ein Trimmhebel zum Ausgleich von Kopf- oder Schwanzlastigkeit (Höhentrimmung),
- eine Trimmeinheit zum Ausgleich seitlicher Kräfteunterschiede, z.B. bei mehrmotorigen Flugzeugen zur Kompensation eines Motorausfalls (Seitentrimmung).
Signalübertragung
Die Übertragung der Steuersignale kann erfolgen
- mechanisch durch Stangen oder Seile
- hydromechanisch durch Hydraulikleitungen
- elektrisch durch fly-by-wire oder
- fiberoptisch durch Lichtleiter (fly-by-light)
Instrumente zum Erkennen der Lage im Raum
Seine Lage im Raum erkennt der Flugzeugführer entweder durch Beobachtung der Einzelheiten des überflogenen Gebiets und des Horizonts oder durch Anzeigeinstrumente (Flugnavigation). Bei schlechter Sicht dient der künstliche Horizont der Anzeige der Fluglage in Bezug auf die Nickachse, also den Anstellwinkel des Flugzeugrumpfes und bezüglich der Rollachse, der sogenannten Querlage (Banklage). Die Himmelrichtung, in die das Flugzeug fliegt, zeigt der magnetische Kompass und der Kreiselkompass, auch Kurskreisel (nach der englischen Bezeichnung „directional gyro”) genannt. Magnetischer Kompass und Kurskreisel ergänzen sich gegenseitig, da der Magnetkompass bei Sink-, Steig- und Kurvenflügen zu Dreh- und Beschleunigungsfehlern neigt, der Kurskreisel jedoch nicht. Der Kurskreisel hat jedoch keine eigene „nordsuchende” Eigenschaft und muss mindestens vor dem Start (in der Praxis auch in regelmäßigen Abständen beim Geradeausflug) mit dem Magnetkompass kalibriert werden. Der Wendezeiger dient zur Anzeige der Drehrichtung und zur Messung der Drehgeschwindigkeit des Flugzeugs um die Hochachse (engl. rate of turn). Er enthält meistens eine Kugellibelle, die anzeigt, wie koordiniert eine Kurve geflogen wird.
Für die Höhensteuerung sind mindestens zwei Instrumente wichtig: Die absolute Höhe in Bezug auf die Meereshöhe wird über den barometrischen Höhenmesser dargestellt, die relative Änderung der Höhe, die sogenannte Steigrate bzw. Sinkrate, ausgedrückt als Höhenunterschied pro Zeiteinheit, bekommt der Flugzeugführer über das Variometer signalisiert. Zusätzlich wird bei größeren Flugzeugen im Landeanflug die absolute Höhe über Grund über den Radarhöhenmesser angezeigt.
© biancahoegel.de; Datum der letzten Änderung: Jena, den: 07.04. 2023