Einfluss von Böen auf Längsstabilität

[bertS]

Zitat: "Ein Tuck aus dem "Nichts" ist niemals aufgetreten. Auch alle mir bekannten Tuck-Videos zeigen das. Daher bin ich der Meinung, dass sich die meisten Tucks durch richtiges Steuern vermeiden lassen."
@ Ich hab mich ausführlich mit einem Piloten unterhalten dem bei einer Talquerung ohne Warnung und "besondere " Flugmanöver ein Tuck passiert ist. Seiner Meinung nach verursacht durch einen (nicht vorhersehbaren) Rotor..
Meiner Meinung nach zumindest mitverursacht durch ein Gerät mit verminderter " statischer aerodynamischer (Längs)stabilität " sprich runtergedrehten Sproogs.
Meine Schlussfolgerung: "Statische aerodynamische (Längs)stabilität " ist wichtig für angemessene Sicherheit vor Tucks.
Damit erklärt sich auch mein gesteigertes Interesse an dem Faden.

[bertS]

Allgemeine Bemerkung:
Ich konnte ,zumindest bisher , die Filme nicht anschauen.
Dass du deine Erkenntnisse aus einer Simulation (-ssoftware) ziehst, hab ich erst mit dem letzten Post mitgekriegt. Respekt!! Ich wäre sehr daran interessiert.
Das Tippen und Verstehen über Posts in diesem Faden ist mühsam und erzeugt Missverständnisse ich schick dir meine Telefonnummer falls ich es schaffe.
LG Bert

[Profilpolare]

.... ich fange mal von hinten an:

Das Tippen und Verstehen über Posts in diesem Faden ist mühsam und erzeugt Missverständnisse ich schick dir meine Telefonnummer falls ich es schaffe.
LG Bert

Ja, das ist wirklich schwierig und zäh. In unserem Telefonat hatten wir innerhalb von 5 Minuten geklärt, wofür wir im Forum eine ganze Woche rumgemacht haben. Nur blöd, dass du und ich nun schlauer sind und der Rest dann endgültig den Anschluß verliert.
Bei Interesse bin ich gerne bereit, eine Videokonferenz abzuhalten. Habe sehr gute Erfahrung mit Jitsi gemacht. Browser basiert, ohne Anmeldung, kostenlos und Teilnahme notfalls nur mit Smartphone möglich.

@ Ich hab mich ausführlich mit einem Piloten unterhalten dem bei einer Talquerung ohne Warnung und "besondere " Flugmanöver ein Tuck passiert ist. Seiner Meinung nach verursacht durch einen (nicht vorhersehbaren) Rotor..
Meiner Meinung nach zumindest mitverursacht durch ein Gerät mit verminderter " statischer aerodynamischer (Längs)stabilität " sprich runtergedrehten Sproogs.
Meine Schlussfolgerung: "Statische aerodynamische (Längs)stabilität " ist wichtig für angemessene Sicherheit vor Tucks.

Ich bin sehr an 1.-Hand-Informationen von Piloten mit "Tuck-Erfahrung" interessiert. Würde mich freuen, wenn sich die bei mir melden würden!
Wie bereits gesagt glaube ich, dass sich Tucks ankündigen und durch richtiges Steuern zum Großteil vermeiden lassen. Wichtig zu wissen ist dabei, wie ein Pilot so eine Situation wahrnimmt. Nur so lassen sich dann Handlungsanweisungen zur Tuckvermeidung ableiten. Mich würde zum Beispiel brennend interessieren, ab wann ein Pilot beim Abnicken des Hängegleiters bemerkt, dass etwas aus dem Ruder läuft. Und welche Maßnahmen er dann ergriffen hat.

Und zur statischen aerodynamischen Längsstabilität:
1. Genau die bestimmst du selbst durch deine Pilotenposition (voll gezogen = sehr große Stabilität, voll gedrückt sehr kleine oder negative Stabilität).
2. Runtergedrehte Sprogs ändern daran nichts! Richtig gelesen. Ich kann dir zeigen, dass nach LTF zu tief eingestellt Hängegleiter nicht tuckanfälliger sind als Hängegleiter welche die LTF-Kriterien sogar übererfüllen.

Zitat:... Wenn ich Längs- und Normalkraft vektoriell addiere, zeigt die Luftkraft doch einigermaßen nach oben. Könnte es sein, dass du die Normal- und Längskraft mit Auftriebs- und Widerstandskraft verwechselst?
Normalkraft ungefähr nach oben => Normalkraft = Auftrieb => Längskraft = Widerstand => Flugrichtung entgegen Längskraft ergo: ...ceterm censeo " Drachen verkehrt rum " Rechthabermodus aus

Nein, eben nicht. Ich hätte vielleicht erwähnen sollen, dass sich die Normal- und Längskraft auf das flugzeugfeste System beziehen. Die Normalkraft senkrecht zum Kielrohr und Längskraft parallel zum Kielrohr.
Auftrieb und Widerstand sind dagegen im aerodynamischen System definiert. Wie du richtig schreibst: Auftrieb senkrecht zur Anströmrichtng nach oben und Widerstand in Anströmrichtung.
Nur für alpha=0° gilt Normalkraft = Auftrieb und Längskraft = Widerstand.
Für alpha=90° sind beide gerade vertauscht: Normalkraft = Widerstand und Längskraft = Auftrieb. Wobei der Auftrieb bei 90°, also bei Anströmung senkrecht von unten, verschwinden muss.
Die Darstellung mittels Normalkraft und Längskraft vereinfacht (zumindest für mich) die Abschätzung der Beiträge der beiden Luftkraftvektoren zum Gesamtmoment, da die Hebelarme nun nur noch von der Pilotenposition abhängen und nicht zusätzlich auch noch vom jeweiligen Anstellwinkel.
Und da ein Bild mehr sagt als tausend Worte anbei noch zwei Folien, auf denen das Gesagte nochmals dargestellt ist:


Im rechten Bild in obiger Folie sind die 4 Vektoren exemplarisch für das NACA0012 Profil (Messdaten) dargestellt. Die Normalkraft überwiegt die Längskraft bei weitem. Bei unseren Drachen sieht es ähnlich aus. Und das ist die gute Nachricht: Das Moment aufgrund der Längskraft können wir durch Steuern nicht beeinflussen, da der Abstand vom Gesamtschwerpunkt zum Kraftbezugspunkt sich beim Steuern kaum ändert. Dagegen können wir den Hebelarm für die Normalkraft durch Steuern massiv verändern. Zum Guten wie zum Schlechten.




Damit sollte auch die Frage von Wolkengeflüster beantwortet sein:

Die Auftriebskraft ist doch immer senkrecht zur Anstömung, d.h. wenn man einen Drachen (theoretisch) in die Höhe hält und versucht ihn senkrecht nach unten zu ziehen, dann wird der Drachen ein Rolle vorwärts machen.

Es kommt darauf an, wie du den Drachen nach unten ziehst. An der Basis, Hauptaufhängung, Nase oder Kielrohrende. Je nach Drehpunkt ergebt sich ein unterschiedliches Moment.
Die Variation läßt sich sehr schön auf der Folie Moment in Abhängigkeit der Pilotenposition bei alpha=45° ablesen. Leider gibt es keine Messdaten für alpha > 45°. Die Differenz zwischen dem Moment für voll gezogene und voll gedrückter Pilotenposition wird aber für alpha=90° noch deutlich größer sein!
Also nochmal: Diese Momentenvariation habt ihr wort wörtlich in der Hand! Sozusagen maximale Kontrolle über das Moment.

@ Wolkengeflüster:
Kann es sein, dass du dich auf den Artikel von Bernd Schmidtler zur Tuckentstehung beziehst? Was er dort schreibt stimmt nicht, weil er von falschen Annahmen ausgeht und den Beitrag des Widerstandes am Gesamtmoment unterschlägt.
Falls trotzdem noch etwas unklar sein sollte, bitte nachfragen.

Gruß
Profilpolare

[bertS]

Hab mir etwas Zeit gelassen mit dem Antworten, bin halt Rentner und deshalb im Stress.
Zunächst zu meinen Fehlern:

Meine Aussage: "Wie ist der Verlauf der Trimm - Kurve bei negativen Anstellwinkeln ( < -10° ) zu erklären? Negative Momente bei so kleinen Anstellwinkeln!" ist schlicht falsch..
...Ursache eine Verwechslung der horizontalen 0,0 - Linie mit der +0,2 - Linie ( bezogen auf die gestrichelte Linie !!!) im Post 3 Blogs


Meine Aussage : "Wenn ich Längs- und Normalkraft vektoriell addiere, zeigt die Luftkraft doch einigermaßen nach oben. Könnte es sein, dass du die Normal- und Längskraft mit Auftriebs- und Widerstandskraft verwechselst?
Normalkraft ungefähr nach oben => Normalkraft = Auftrieb => Längskraft = Widerstand => Flugrichtung entgegen Längskraft ergo: ...ceterm censeo " Drachen verkehrt rum " Rechthabermodus aus " ...ist provoziert falsch weil grundsätzlich fast jede!! Zerlegung der Luftkraft in Längskraft und Normalkraft möglich ist.
Zitat PP: Ich hätte vielleicht erwähnen sollen, dass sich die Normal- und Längskraft auf das flugzeugfeste System beziehen. Die Normalkraft senkrecht zum Kielrohr und Längskraft parallel zum Kielrohr.
...Wäre hilfreich gewesen

Fortsetzung folgt...

[bertS]

Fotsetzung:
Konnte den Film jetzt anschauen, was bisher nicht funktioniert hat.
Es wird ein schwerpunktfestes aber nicht rotierendes Bezugssystem verwendet, also ein Nicht-Inertialsystem, wenn auch ohne die typischen Trägheitskräfte eines rotierenden Bezugsystems, Zentrifugalkraft und Corioliskraft.
Andere Trägheitskräfte müssen aber berücksichtigt werden. Macht das die Simulation?
Wie würde die Simulation eines Übergangs von vertikal +10 m/s auf -10 m/s aussehen ? So etwas wäre beim Durchflug durch eine starke Thermik bzw einen Rotor durchaus denkbar, wenn auch selten.
Fortsetzung folgt wahrscheinlich...

[bertS]

Fortsetzung:
Zitat PP:
Bei Interesse bin ich gerne bereit, eine Videokonferenz abzuhalten. Habe sehr gute Erfahrung mit Jitsi gemacht. Browser basiert, ohne Anmeldung, kostenlos und Teilnahme notfalls nur mit Smartphone möglich."
@ Wie sieht es mit der Videokonferenz aus? Haben sich mehr Interesenten gemeldet?



Zu ungesteuertem Tuck.
Zitat von BertS: Ich hab mich ausführlich mit einem Piloten unterhalten dem bei einer Talquerung ohne Warnung und "besondere " Flugmanöver ein Tuck passiert ist. Seiner Meinung nach verursacht durch einen (nicht vorhersehbaren) Rotor..

@ von PP: Ich bin sehr an 1.-Hand-Informationen von Piloten mit "Tuck-Erfahrung" interessiert. Würde mich freuen, wenn sich die bei mir melden würden!
Wie bereits gesagt glaube ich, dass sich Tucks ankündigen und durch richtiges Steuern zum Großteil vermeiden lassen. Wichtig zu wissen ist dabei, wie ein Pilot so eine Situation wahrnimmt. Nur so lassen sich dann Handlungsanweisungen zur Tuckvermeidung ableiten. Mich würde zum Beispiel brennend interessieren, ab wann ein Pilot beim Abnicken des Hängegleiters bemerkt, dass etwas aus dem Ruder läuft. Und welche Maßnahmen er dann ergriffen hat." Zitatende
@ BertS: Das ist leider unmöglich der Pilot ist mit einem GS tödlich verunglückt.

[Profilpolare]

Es wird ein schwerpunktfestes aber nicht rotierendes Bezugssystem verwendet, also ein Nicht-Inertialsystem, wenn auch ohne die typischen Trägheitskräfte eines rotierenden Bezugsystems, Zentrifugalkraft und Corioliskraft.
Andere Trägheitskräfte müssen aber berücksichtigt werden. Macht das die Simulation?

Ja, die Bewegungsgleichungen werden vollständig gelöst. Hierzu ist JSBSim in FlightGear zuständig. Der Anwender braucht "nur" noch die äußeren Kräfte und Momente vorschreiben.
Einen guten Startpunkt zu JSBSim findest du hier: https://jsbsim.sourceforge.net/index.html .

Falls ich auch noch an die beiden Threads hier im Forum erinnern darf, in denen die Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten des Flugsimulators beschrieben sind:
https://www.gleitschirmdrachenforum.de/forum/gleitschirm-und-drachen-forum/allgemein/29269-neuer-drachenflug-simulator?p=678902#post678902
https://www.gleitschirmdrachenforum.de/forum/gleitschirm-und-drachen-forum/ger-te-hg/33398-drachen-flugsimulator-f -r-ausbildung

Wie würde die Simulation eines Übergangs von vertikal +10 m/s auf -10 m/s aussehen ? So etwas wäre beim Durchflug durch eine starke Thermik bzw einen Rotor durchaus denkbar, wenn auch selten.

Exakt so, wie du es im Film für Anströmung senkrecht von unten (t=55s) und Anströmung senkrecht von oben (t=1:52) siehst.
Anmerkung: Eine Böe entsteht ja nicht aus dem Nichts sondern baut sich in einer gewissen Zeit auf. Dann wirkt die Zusatzgeschwindigkeit eine Zeitlang und dann klingt sie wieder in einer gewissen Zeit ab. Letzteres ist dann praktisch eine Geschwindigkeitsstörung in genau die entgegengesetzte Richtung. Also genau das, was du sehen möchtest. Im Film baut sich die Böe inerhalb von 0,5s von 0m/s auf 10m/s von unten auf, wirkt dann 2s und klingt dann innerhalb von 0,5s ab. Alle drei Zeitfenster und die Böenstärke sind im Flugsimulator frei wählbar, so dass man wunderbar viele unterschiedliche Szenarien untersuchen kann.
Im Film sieht man, dass das Flugverhalten bei der Böe von unten fast ein Nicht-Ereignis ist. Das Abnicken ist harmlos.
Dagegen fällt das Abnicken bei der Böe von oben deutlich heftiger aus. Aber nicht beim entstehen der Böe (das führt nur zu einem harmlosen Entlaster ohne große Nickbewegung) sondern erst beim Abklingen der Böe! Die Ursache hierfür kannst du am Vario ablesen. Nach dem Entlaster hat der Drachen eine Sinkgeschwindigkeit von ca. 5m/s. Damit wird der Drachen von unten nicht nur mit den 10m/s der abklingenden Böe beaufschlagt sondern zusätzlich noch mit der erhöhten Sinkgeschwindigkeit. Also mit 10m/s + 5m/s = 15m/s von unten angeströmt. Kräfte und Momente ändern sich quadratisch mit der Geschwindigkeit. Somit ist das abnickende Moment in diesem Fall 2,25-mal höher als im Fall für Anströmung senkrecht von unten.
An diesem Beispiel läßt sich auch schön zeigen, was ich mit "kein Tuck ohne Vorwarnung" meine: Der (harmlose) Entlaster ist die Warnung, dass es danach (also dann, wenn man meint, den Entlaster überstanden zu haben) erst richtig losgeht. Wenn man weiß was kommt, kann man die Zeit zum Ziehen nutzen.

Noch eine Anmerkung zu dem von dir beschriebenen Tuck durch einen Rotor: Letztendlich muss man sich überlegen, wie sich die Anströmung beim Einfliegen in einen Rotor ändert. Je nachdem wie man den Rotor "anschneidet" (unten, oben, mittig) und welche Drehrichtung und Ausdehnung er hat, kann es zu den unterschiedlichsten Anströmbedingungen kommen.

Wie sieht es mit der Videokonferenz aus? Haben sich mehr Interesenten gemeldet?

Nein, es hat sich noch keiner getraut. Du hast also die freie Terminwahl. Schlag einfach einen dir genehmen Termin vor.
Inhalt könnte sein:
- offene Fragen zu den Diagrammen
- noch mehr Erläuterungen zum Film
- Analyse von realen Tucks bzw. beinahe Tucks
Ich denke da an folgende Videos, die sich sehr schön mit den bisher gezeigten Diagrammen erklären lassen:

https://www.youtube.com/watch?v=q_tnONxeBMA&t=61

https://www.youtube.com/watch?v=Y-1IDDDuZ4A

https://www.youtube.com/watch?v=j5HoUyUxHJw

https://www.youtube.com/watch?v=UMsIkAOeJ0I

Gruß
Profilpolare

[Wolkengeflüster]

Hallo Profilpolare,

vielen Dank für die viele Arbeit!

Kann man aus deinen Ausführungen ein "sicheres" Hängegleiterprofil ableiten?

Sind eigentlich die Profile der Hängegleiterhersteller vergleichbar?
Gibt es Profile die sich bewährt haben, auch was das Gleiten und Steigen anbelangt?

Wie würde für Dich ein "perfektes" Profil für einen Hängegleiter aussehen?

Was den Tuck betrifft: In der Praxis reisst es dem Piloten wohl in den meisten Fällen zuerst die Basis aus den Händen, bevor der Tuck einsetzt?

[Profilpolare]

Kann man aus deinen Ausführungen ein "sicheres" Hängegleiterprofil ableiten?

Die Frage müsste wohl lauten, ob es eine "sichere Momentenverteilung" gibt. Das Moment setzt sich ja aus mehreren Komponenten zusammen:
Neben dem Profilmoment gibt es beim gepfeilten Flügel noch das Moment aufgrund der Schränkung. Dieses hängt dann wiederum von der Tragflügelform (Pfeilung, Zuspitzung, etc.) ab. Das Profilmoment wird hauptsächlich durch die Profilwölbung und Wölbungsrücklage festgelegt. Ein S-Schlag erhöht das positive Moment. Genauso erhöht eine negative Schränkung am Außenflügel das Moment. In gewissen Anstellwinkelbereichen kann man beide Momente gegeneinander traden, also z.B. weniger Schränkung durch mehr S-Schlag kompensieren. Bei massiv abgelöster Strömung, z.B. bei einer Anströmung genau von unten (alpha=90°) spielt dann nur noch die Tragflügelform eine Rolle.

Die Einleitung eines Tucks beginnt mit dem (heftigen) Abnicken. Daher wäre für mich eine Momentenverteilung vorteilhaft, die bei hohen Anstellwinkeln (ca. alpha>45°) möglichst wenig negatives Moment aufweist und somit wenig Rotationsenergie aufbaut. Gerade für diesen wichtigen Antellwinkelbereich gibt es jedoch weltweite keine Messungen (warum auch immer). Wir sind da blind unterwegs! Aus eigener Erfahrung weiß ich, dass die Spannung der Segelvorderkante das Moment massiv beeinflussen kann. Mein Drachen ist deutlich harmloser gestalled, nachdem ich am Randbogen die Segelspannung etwas nachgelassen habe. Hierzu müssten aber die Hersteller die kompetenteren Ansprechpartner sein.

Was den Tuck betrifft: In der Praxis reisst es dem Piloten wohl in den meisten Fällen zuerst die Basis aus den Händen, bevor der Tuck einsetzt?

Nein! In den verlinkte Tuckvideos (#22) haben alle ihre Hände noch am Drachen und sogar die Aufhängung ist gespannt. Es passiert etwas anderes:
Das hohe (von der LTF geforderte) Moment bei kleinen Anstellwinkeln (Nähe alpha0) bremst die Rotation des Drachens, was ja zunächst einmal gewünscht ist. Aufgrund der Massenträgheit des Piloten rotiert dieser aber weiter in eine hintere Schwerpunktlage. Aus Pilotensicht fühlt sich das dann so an als ob die Basis von alleine nach vorne wandert. Der Drachen suggeriert einem, dass er auch ohne Piloteninput "mit der Situation klarkommt" und von selbst abfängt.
Ich will den Piloten sehen, dem das in dieser Situation (Nase zeigt gerade Richtung Erdmittelpunkt) ungelegen kommt.
Das blöde ist nur, dass das genau zum dümmstmöglichen Zeitpunkt passiert. Ist die Rotation bis dahin nicht vollständig gestoppt, führt nun der Wechsel von Auftrieb zu Abtrieb (siehe letzte Folie in #7) zum eigentlichen Überschlag. Der Hängegleiter ist in dieser Situation also nicht dein Freund. Er legt dich stattdessen nur für einen Tuck zurecht.

Bisher dachte ich, dass die Piloten in dieser Situation instinktiv den Bügel aktiv nach vorne drücken. Mittlerweile bin ich der Ansicht, dass es wie gerade beschrieben ist. Zur Tuckvermeidung muss der Pilot also darauf gefasst sein, dass der Bügel nach vorne will. Das muss man unbedingt aktiv verhindern! Ideal wäre eine voll gezogene Position. Nicht einfach umzusetzen in so einer Situation.



Gruß
Profilpolare

[Wolkengeflüster]

Der Schwerpunkt eines Drachen: Wenn ich entlang des Kielrohres den Drachen am Schwerpunkt an die Decke hänge, dann ist das Kielrohr exakt waagrecht?

[Wolkengeflüster]

Hier ist noch ein interessanter Beitrag von Christoph Kratzner:

DHV Gleitschirm und Drachen fliegen - Deutscher Gleitschirmverband und Drachenflugverband: Maßnahmen gegen den Tuck

[Wolkengeflüster]

Hier ein Beirag von Bernd Schmidtler (vom 17.5.05):

Zu den flugmechanischen Grenzwerten von Hängegleitern (anurac.de)