{"id":878,"date":"2019-11-24T10:01:36","date_gmt":"2019-11-24T10:01:36","guid":{"rendered":"https:\/\/idaflieg.de\/?p=878"},"modified":"2019-11-25T09:29:25","modified_gmt":"2019-11-25T09:29:25","slug":"geschwindigkeiten-beim-stationaeren-trudeln","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/idaflieg.de\/?p=878","title":{"rendered":"Geschwindigkeiten beim Station\u00e4ren Trudeln"},"content":{"rendered":"\n

Die Akaflieg Hannover und die Akaflieg M\u00fcnchen f\u00fchren gemeinsam mit jeweils einem Lehrstuhl in Hannover und M\u00fcnchen das Forschungsprojekt \u201eCraCpit\/NaSiCo\u201c im Rahmen des Luftfahrt-Forschungsprogramms (LuFo V-3) durch, welches sich mit Nachr\u00fcstl\u00f6sungen und Neukonstruktionen f\u00fcr Crash-Cockpits besch\u00e4ftigt. Im Rahmen der bisherigen Recherchen wurde festgestellt, dass etwa in der H\u00e4lfte aller untersuchten Flugunf\u00e4lle der letzten zehn Jahre das Flugzeug mit einem Flugbahnwinkel von ca. 45\u00b0 auf dem Boden auftrifft. In den meisten F\u00e4llen sind die Unf\u00e4lle eine Folge eines \u00fcberzogenen Flugzustands und gegebenenfalls Trudeln. F\u00fcr die Bestimmung der kinetischen Energie, die durch das Crash-Cockpit aufgenommen werden muss, ist die Aufprallgeschwindigkeit essenziell.<\/p>\n\n\n\n

Das hier beschriebene Sondermessprojekt zielt darauf ab, die typischen Geschwindigkeiten, Fluglagen und Rotationsgeschwindigkeiten beim Trudeln zu bestimmen, um die bisherigen Annahmen f\u00fcr die Lastfalldefinition im LuFo-Projekt zu \u00fcberpr\u00fcfen und genauere Anhaltspunkte f\u00fcr die G\u00fcltigkeit der Annahmen zu erhalten. Von vorwiegendem Interesse ist f\u00fcr uns dabei die kinematische Geschwindigkeit des Flugzeugs im erdfesten Koordinatensystem bzw. deren Betrag, insbesondere die Vertikalkomponente. Au\u00dferdem interessant sind (auch \u00fcber den eigentlichen Zweck des Sondermessprojektes hinaus) die Drehraten des Flugzeugs um alle drei Achsen des k\u00f6rperfesten Systems, Fluglagen (H\u00e4ngewinkel, Nickwinkel Azimuthwinkel) sowie die Beschleunigungen, die beim Trudeln auftreten. Aus den Messdaten k\u00f6nnen au\u00dferdem charakteristische Schwingungen und deren Eigenschaften bestimmt werden. Die Messdaten werden in Form einer Datenbank auch f\u00fcr sp\u00e4tere Untersuchungen und Flugversuche zur Verf\u00fcgung stehen.<\/p>\n\n\n\n

Die oben genannten Gr\u00f6\u00dfen sind mit den typischerweise an Bord vorhandenen Instrumenten oder dem bekannten Zacherbesteck \u2013 PhiPsiTheta und Stoppuhr \u2013 nicht in ausreichender Aufl\u00f6sung und Genauigkeit messbar. Deswegen ben\u00f6tigten wir f\u00fcr die Messung der relevanten Gr\u00f6\u00dfen und deren Speicherung eine kombinierte Messeinheit, welche \u00fcber verschiedene Sensoren verf\u00fcgt sowie die Datenfusion zur Ausgabe einer konsistenten Navigationsl\u00f6sung durchf\u00fchrt. Eine solche komplexe Messbox \u2013 auch Inertial Measurement Unit (IMU) oder Attitude and Heading Reference System (AHRS) genannt \u2013 konnten wir von der Firma Vectoflow ausleihen. Fabian \u201eKlemmt\u201c Gesele von der Akaflieg Stuttgart gab uns technische Unterst\u00fctzung durch Programmierung sowie beim Einbau der Messeinheit.<\/p>\n\n\n\n

Die von uns verwendete Messeinheit lieferte uns als Ausgabe die folgenden Daten, welche teilweise durch eine Sch\u00e4tzung mit den gemessenen Daten fusioniert wurden: K\u00f6rperdrehraten, Lagewinkel des Flugzeugs, Beschleunigungen im Schwerpunkt, kinematische Geschwindigkeiten (Geschwindigkeit des Flugzeugs gegen\u00fcber der Erde), sowie die Position im Raum. Um die dynamischen Bewegungen des Flugzeugs ausreichend genau erfassen und auswerten zu k\u00f6nnen, nahmen wir die Daten bei einer Frequenz von 100 Hz auf. Als zus\u00e4tzliches R\u00fcckfallinstrument sowie zum Vergleich von Messdaten f\u00fchrten wir bei einigen Fl\u00fcgen einen Logger mit, wie man ihn von Streckenfl\u00fcgen kennt. Das verwendete Ger\u00e4t konnte jedoch maximal mit der Frequenz von 1 Hz loggen, sodass diese Daten nur f\u00fcr die Auswertung von Geschwindigkeiten bzw. Positionen nutzbar sind. Au\u00dferdem nutzten wir die Bordinstrumente der Versuchsflugzeuge f\u00fcr Windsch\u00e4tzungen und einen Vergleich des H\u00f6henverlustes w\u00e4hrend der Man\u00f6ver.<\/p>\n\n\n\n

Vor Ort in Stendal mussten wir zun\u00e4chst die Messinstrumente in unser jeweiliges Versuchsflugzeug einr\u00fcsten. Die integrierte und kompakte Messeinheit lie\u00df sich gl\u00fccklicherweise einfach und rasch im Gep\u00e4ckfach verstauen, sodass nur noch eine zus\u00e4tzliche GPS-Antenne installiert werden musste. So hatten wir den Vorteil, dass wir im weiteren Verlauf des Sondermessprojektes vor Ort schnell und unkompliziert Flugzeuge einr\u00fcsten konnten.<\/p>\n\n\n\n

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Einger\u00fcstete Messeinheit in Gep\u00e4ckfach der DG1000 (GPS-Antenne nicht abgebildet)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Unsere Flugversuche sollten aus Gr\u00fcnden der Sicherheit nur innerhalb der bereits zugelassenen Flugenveloppen der verwendeten Flugzeuge stattfinden. So vermieden wir au\u00dferdem die andernfalls notwendigen Absprachen mit den Beh\u00f6rden sowie die Erstellung detaillierter Flugberichte. Da Trudeln (je nach Ansicht) unter Kunstflug f\u00e4llt, war eine g\u00fcltige Kunstflugberechtigung die einzige zus\u00e4tzliche Anforderung an unsere Testpiloten. Vor jedem Flug f\u00fchrten wir ein detailliertes Briefing mit dem jeweiligen Piloten durch, bei welchem die Durchf\u00fchrung der Man\u00f6ver besprochen wurde. Au\u00dferdem betonten wir die dringende Einhaltung der Sicherheitsh\u00f6he von 1000 m \u00fcber Grund, welche wir im Vorhinein mit Fachkundigen festgelegt hatten.<\/p>\n\n\n\n

Unsere Versuchsfl\u00fcge sollten zun\u00e4chst im Doppelsitzer stattfinden, um sich die Arbeit im Cockpit w\u00e4hrend des Fluges zu teilen und den Versuchsaufbau zu erproben. Jedoch entschieden wir nach dem ersten doppelsitzigen Flug, dass die Durchf\u00fchrung der Versuchsfl\u00fcge entsprechend der vorbereiteten Testkarten auch gut einsitzig m\u00f6glich ist. Deswegen zogen wir auch die in Stendal verf\u00fcgbaren Einsitzer f\u00fcr die Vermessung in Erw\u00e4gung.<\/p>\n\n\n\n

Wir wollten ein insgesamt recht kosteng\u00fcnstiges Sondermessprojekt durchf\u00fchren, indem wir \u00fcberwiegend Thermik f\u00fcr H\u00f6hengewinn nutzten. Anschlie\u00dfend sollte die H\u00f6he au\u00dferhalb der Thermik abgetrudelt werden, bevor die Piloten wieder in der n\u00e4chsten Thermik steigen sollten. Die wichtigsten Bedingungen f\u00fcr erfolgreiche Messfl\u00fcge waren daher gute Thermik und eine hohe Wolkenbasis von mindestens 1500 m \u00fcber Grund.<\/p>\n\n\n\n

Wir f\u00fchrten w\u00e4hrend unserer Messkampagne insgesamt neun Messfl\u00fcge durch, wovon wir einen leider wegen eines aufziehenden Unwetters vorzeitig abbrechen mussten. Die durchgef\u00fchrten Fl\u00fcge verteilten sich auf f\u00fcnf verschiedene Flugzeuge \u2013 DG-1000, AK-8, AFH 24, ASW 24b, und D-43 \u2013 bei unterschiedlichen Abflugmassen und Schwerpunktlagen. Innerhalb der von uns gesetzten Maximalflugzeug von zwei Stunden konnten wir w\u00e4hrend jedes Messflugs zwischen vier und sieben Man\u00f6ver aufzeichnen, sodass wir insgesamt \u00fcber 30 Man\u00f6ver auswerten k\u00f6nnen. Durch gute Absprache innerhalb aller Beteiligten schafften wir es sogar, unser Messsystem auch bei Fl\u00fcgen anderer Sondermessprojekte zu installieren (D-43 und AFH 24), sodass wir mit einzelnen Fl\u00fcgen Messdaten f\u00fcr mehrere Projekte erzeugen konnten.<\/p>\n\n\n\n

Die vollst\u00e4ndige Auswertung der Messdaten ist derzeit noch nicht abgeschlossen. Wie gewohnt werden wir die im Sondermessprojekt erzielten Ergebnisse nat\u00fcrlich beim n\u00e4chsten Wintertreffen im Januar 2020 ausf\u00fchrlich vorstellen.<\/p>\n\n\n\n

Bis jetzt zeichnen sich jedoch schon einige wichtige Erkenntnisse ab. Die erste betrifft die Auswirkungen des Windes, welcher an einigen Tagen in den erreichten H\u00f6hen teilweise bis zu 30 km\/h betrug und somit die Auswertungen erschwert. Da die kinematische Geschwindigkeit der vektoriellen Summe aus aerodynamischer Geschwindigkeit und Windgeschwindigkeit entspricht, ist eine genaue Windsch\u00e4tzung bzw. -messung notwendig. Diese kann bei Annahme konstanten Kreisflugs in der Thermik \u00fcber den mittleren Windversatz abgesch\u00e4tzt werden. Die zweite Erkenntnis betrifft die festgestellten Trudelformen. Wie uns bereits aus der Trudeltheorie bekannt ist, hat die Schwerpunktlage eine wichtige Bedeutung f\u00fcr die Trudeleigenschaften, was wir im Rahmen der Versuchsfl\u00fcge deutlich zeigen konnten. Es zeigt sich auch, dass das Abgrenzen eines station\u00e4ren Trudelns zu instation\u00e4ren Bewegungen schwierig ist. Nicht zuletzt m\u00fcssen wir feststellen, dass die beim Trudeln erreichten Geschwindigkeiten mit bis zu 30 m\/s allein in der Vertikalkomponente deutlich gr\u00f6\u00dfer sind als urspr\u00fcnglich vermutet. Die Auswertung unserer erzeugten Messdaten wird also voraussichtlich f\u00fcr viel Platz f\u00fcr Diskussionen und Interpretationen lassen.<\/p>\n\n\n\n

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Beispielhafte Messdaten<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Ein kleiner zus\u00e4tzlicher Zweck unserer Messdaten zeigte sich erst im Anschluss an das Sondermessprojekt: Verschiedene Akaflieger und Beh\u00f6rdenmitarbeiter zeigten bereits Interesse an den Messdaten, um sie als zus\u00e4tzliche Informationen in die Nachweisunterlagen von verschiedenen Prototypen aufzunehmen.<\/p>\n\n\n\n

Zum Abschluss m\u00f6chte ich allen an diesem Sondermessprojekt Beteiligten \u2013 am Boden wie in der Luft \u2013 herzlich danken. Besonderes hervorheben m\u00f6chte ich die Unterst\u00fctzung durch Thomas Decker und die Firma Vectoflow, welche uns die Messeinheit zur Verf\u00fcgung stellten. Ebenso besonders bedanken m\u00f6chte ich mich bei Fabian \u201eKlemmt\u201c Gesele von der Akaflieg Stuttgart f\u00fcr die hilfreiche Unterst\u00fctzung beim Programmieren der Messbox sowie deren Einbau.<\/p>\n\n\n\n

Autor: Roberto Fillbrandt, Akaflieg M\u00fcnchen<\/p>\n\n\n\n

Titelbild: Tobias Barth<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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