vorteile Nachteile T Leitwerk
Das mit dem oben liegenden Höhenleitwerk habe ich mir nach einem längeren Gespräch mit Jörg wieder abgeschminkt. Der Grund: Ich hätte das T-Leitwerk "am Boden" zwar sehr verdrehfest hinbekommen, es sollen aber im Flug viel stärkere Kräfte am T- als am unten angebrachten Höhenleitwerk anliegen/ entstehen.
Sollen, nun ja, überzeugt hat mich erst der Hinweis auf die richtig großen, da kommen T-Leitwerke nach Anfängen in den 50ern nur noch bei relativ langsamen Militärtransportern vor. Wird wohl was dran sein.
Hier auch eine sehr schöne Abhandlung dazu:
http://www.flightforum.ch/board/index.php?/topic/41503-leitwerke-unterschiede/
Zitat von Volume im Beitrag 11 :
Ein großer Unterschied zwischen Normal- und T-Leitwerk liegt in der Torsionsbelastung des Rumpfes bei Seitenruderbetätigung. Zum einen hat das Normalleitwerk eine Endscheibe unten, das T-Leitwerk eine Endscheibe oben, der effektive Kraftangriffspunkt der Seitenkraft liegt dabei beim T-Leitwerk weiter von der Rumpfachse weg, das Torsionsmoment auf den Rumpf ist deutlich höher. Außerdem kommt es zwischen HLW und SLW zu Interferenzen. Wenn ich z.B. SR rechts gebe, herrscht auf der rechten LW-Oberfläche Überdruck, auf der linken Unterdruck. Dieses Druckfeld beeinflusst auch das HLW. Beim TLW wirkt der Unterdruck links auch auf die linke HLW Unterseite, der Überdruck rechts umgekehrt auf die rechte HLW Unterseite. Effekt ist ein Rollmoment am HR, der das Rollmoment des SLW noch vergrößert. Die Größenordnung kann recht beachtlich sein ! Beim Normalleitwerk passiert das selbe (Unterdruck HLW Oberseite links, Überdruck HLW Oberseite rechts) in der selben Größenordnung, aber mit anderer Drehrichtung (!), damit macht das Normalleitwerk fast kein, das T-Leitwerk aber ein erhebliches Rumpftorsionsmoment.
Das Kreuzleitwerk ist in dieser Hinsicht neutral, es tritt praktisch kein Rollmoment auf das HLW auf, die Aufhängung kann entsprechend leichter gebaut werden.
Beim T-Leitwerk muß das gesamte SLW alle Kräfte des HLW übertragen, daher ist das TLW immer die schwerste mögliche Bauart. Gleichzeitig ist diese hohe Masse weit ausserhalb der Rumpflängsachse angebracht, es treten daher auch hohe Massekräfte auf, und der Rumpf muß sehr steif gebaut werden. Außerdem tritt eine starke kinematische Koppelung zwischen Rumpftorsion und horizontaler Rumpfbiegung/Gierbewegung auf, dies führt zu einem charakteristischen Flatterfall, der bei fast allen T-Leitwerksfliegern auftritt und mit meist viel Massenausgleich am Seitenruder vermieden werden muß. (Es gibt recht spektakuläre Filmaufnahmen von diesem Flatterfall bei der Galaxy, ich habe aber gerade keinen Link dazu).
Ein großer Vorteil des T-Leitwerks bei kleinen Flugzeugen liegt in der Unempfindlichkeit gegen Beschädigung durch Steinschlag (vom Fahrwerk oder Propeller aufgewirbelte Steinchen) oder Bewuchs (Aussenlandung). Ein großer Vorteil bei schnellen Flugzeugen liegt im geringeren transsonischen Widerstand, da ein besseres "Area-Ruling" möglich ist, sprich die Endleiste des SLW unten fällt etwa mit der Nasenleiste des HLW in der Mitte zusammen, der effektive Querschnitt beider Leitwerke in der Summe ist über weite Bereiche ähnlich.
Ein großer Vorteil des Normalleitwerks ist die große Breite des HLW Anschlusses und der vorhandene Platz für die Trimmspindel, der Anschluß ist damit deutlich leichter und steifer als für ein T- oder Kreuzleitwerk. Dafür wird das Rumpfheck strukturell durch die großen Ausschnitte geschwächt, und das Heck ist aerodynamisch (insbesondere bei höheren Machzahlen) sehr ungünstig.
Das V-Leitwerk ist oft eher Gegenstand von Mythen und Legenden als von technischer Diskussion, es ist eine relativ alte Konstruktion, die schon vor dem T-Leitwerk erfunden, und daher oft nur im Vergleich zum Normalleitwerk, selten zum T-Leitwerk untersucht wurde. Viele der damals getroffenen Aussagen werden dann heute im Vergleich zum T-Leitwerk übernommen, was aber grundsätzlich falsch ist. Auf dem NACA-Report-Server gibt es diverse Untersuchungen zu V-Leitwerken, auch die Me109 gab es z.B. mal mit V-Leitwerk.
Als großer Nachteil wird oft die hohe Rumpftorsion angeführt, im Vergleich zum Normalleitwerk ist dies absolut richtig. Im Vergleich zum T-Leitwerk ist die Rumpftorsion nicht zwangsläufig stark erhöht (typischerweise so um die 20-30% größer), das Massenträgheitsmoment um die Rumflängsachse ist jedoch signifikant kleiner (es beträgt nur 20-30% des T-Leitwerks), so daß die Rumpfröhre nur ein weinig fester gebaut werden muß, umgekehrt aber sehr viel weicher sein darf.
Ganz ohne Frage ist das V-Leitwerk die leichteste mögliche Bauweise, und sie hat den geringsten Interferrenzwiderstand.
Die Tatsache, daß die Leitwerksflächen nicht senkrecht zu den Bezugsachsen stehen, hat einen ganz erheblichen Effekt, es ändert sich nämlich das Verhältnis von Stabilisierungs- zu Steuerungswirkung. Etwas genauer, mal für ein 90°-VLW als HLW betrachtet :
Ein Höhenruderausschlag erzeugt eine Zusatzkraft an den Leiterksflächen, und zwar unter 45°. Die Seitenkomponenten heben sich auf, es wirkt nur die Vertikalkomponente, und die beträgt nur 71%. Man spricht oft auch von einer "projezierten Leitwerksfläche".
Eine Anstellwinkeländerung des Flugzeugs verursacht eine zusätzliche vertikale Anströmung des Leitwerks, beim VLW treffen davon nur 71% auf das Leitwerk, der andere Anteil wirkt senkrecht dazu. Der durch die Anstellwinkeländerung entstehende Zusatzauftrieb am Leitwerk wirkt nun wiederum nur zu 71% vertikal, damit ist die effektive Stabilisierungsfläche des VLW nur die HALBE (0,707*0,707) Leitwerksfläche, also WENIGER als die projezierte Leitwerksfläche. Dies wird von vielen Leuten vernachlässigt !
Fazit : Ein VLW muß eine größere Leitwerksfläche haben, als ein Normalleitwerk, um die gleiche Stabilisierungswirkung zu haben. (Stabilität ist allerdings oft nicht das Auslegungskriterium). Vom Reibungswiderstand her (Oberfläche) ist das VLW daher nicht unbedingt besser, eher schlechter. Entscheidender Unterschied aber ist, daß aufgrund seiner relativ großen Fläche die Ruderausschläge geringer sein dürfen, da ja die Ruder relativ 41% besser wirken, als bei "normalen" Leitwerken. Dies hilft sehr, da sich ja die Ausschläge von SR und HR addieren, in Summe also wieder vergleichbare Ausschläge, wie bei konventionellen Leitwerken auftreten. Die kleineren HR-Ausschläge in Kombination mit dem engeren Anstellwinkelbereich verringern nun den Trimmwiderstand, insbesondere bei der Verwendung von Laminarprofilen (Segelflug). Damit kann dann trotz etwas höherer Leitwerksfläche der Reibungswiderstand geringer sein.
Bei Segelflugzeugen (insbesondere bei Einsitzern) kommt noch hinzu, daß das Leitwerk sehr leicht ist (sehr viel leichter als ein T-Leitwerk), zum Ausgleich der Pilot also relativ dicht am Flügel sitzen muß, der Flügel deshalb u.U. sogar leicht vorgepfeilt werden muß. Durch den geringeren Pilotenhebelarm wird auch die Schwerpunktwanderung durch das Gewicht unterschiedlicher Piloten geringer, damit kann das HLW wiederum kleiner werden, am Ende kann der Widerstandsgewinn durchaus beachtlich werden.
V-Leitwerken sagt man Trudelprobleme nach, laut einem NACA Report aus den 30ern ist ein VLW beim Trudeln jedoch besser, als ein Normalleitwerk. Gegen ein T-Leitwerk kommt es jedoch definitiv nicht an, das ist durch die gänzlich ungestörte Seitenleitwerksanströmung beim Trudeln unschlagbar.
Von den Flugeigenschaften her hat mich das einzige V-Leitwerks-Flugzeug, daß ich bisher geflogen habe (Hähnle/Hütter H30-GFK) voll überzeugt.
Gruß
Ralf
Ich denke das ist eine sehr gute Erläuterung !!!
