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Verstehen der Manövriergeschwindigkeit

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Es ist nicht so, wie du denkst.

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Was ist Manövriergeschwindigkeit und warum sollte es dich interessieren?

Vielleicht noch wichtiger ist, was sollten Sie wissen, um Ihre Flugsicherheit zu maximieren?

Die allgemein akzeptierte Definition von Manövergeschwindigkeit (Va) ist die Geschwindigkeit, mit der ein Flugzeug abstürzt, bevor es seine maximale Belastungsgrenze überschreitet.

Aber warte! Es gibt noch mehr.... an der Geschichte.

Die Manövergeschwindigkeit hat sich als die magische Geschwindigkeit ausgegeben, um dich vor Strukturschäden in Turbulenzen zu schützen. Es ist wichtig, aber es ist nicht das Allheilmittel des Schutzes, das wir glauben sollten. Bevor wir jedoch erklären, lassen Sie uns die Manövergeschwindigkeit überprüfen, und wie und warum sie sich mit dem Gewicht ändert.

Flugzeuge sind so konzipiert, dass sie je nach Verwendungszweck unterschiedlichen Belastungen standhalten. Die FAA zertifiziert Flugzeuge in drei Kategorien: Normal-, Nutz- und Kunstflug. Die maximalen Belastungsgrenzen für jede Kategorie sind:

Normal - +3.8Gs und -1.52Gs;

Dienstprogramm - +4,4Gs und -1,76Gs;

Kunstflug - +6Gs und -3Gs.

Ein Flugzeug, das mit konstanter Geschwindigkeit gerade und waagerecht fliegt, befindet sich in einem stationären Zustand, bei dem der Auftrieb des Flugzeugs gleich seinem Gewicht ist. Da die G-Kraft durch Division des Auftriebs durch das Gewicht berechnet wird, ist die Last oder die G-Kraft in diesem Zustand gleich eins (2.500 lbs. lift/2.500 lbs. weight = 1G). Genau die gleiche G-Kraft wie im Hangar zu sitzen.

Verdoppelt sich jedoch der Auftrieb des Flugzeugs, entweder durch eine turbulente Böe oder durch den Rückzug des Piloten auf den Aufzug, verdoppelt sich die Last auf das Flugzeug (5.000 lbs. lift/2500 lbs. weight = 2Gs).

Wenn der Auftrieb weiter steigt, steigt die Last oder die G-Kraft weiter proportional an, d.h. 7.500 Pfund Auftrieb würden eine 3G-Last auf das Flugzeug legen (7.500 Pfund Auftrieb/2.500 Pfund Gewicht = 3Gs), und 10.000 Pfund Auftrieb würden 4Gs Last erzeugen (10.000 Pfund Auftrieb/2.500 Pfund Gewicht = 4Gs Last).

Der Hub nimmt zu, wenn der Anstellwinkel (AOA) zunimmt.

AOA ist der Winkel zwischen der Sehnenlinie und der Flugrichtung. Bei Flugzeugen der Allgemeinen Luftfahrt besteht eine direkte, fast eins-zu-eins Beziehung zwischen Auftrieb und AOA, bis der kritische Anstellwinkel erreicht ist.

Der kritische Anstellwinkel, typischerweise zwischen 15 und 20 Grad in Flugzeugen der Allgemeinen Luftfahrt, ist der AOA, der den maximalen Auftrieb erzeugt. Jede Erhöhung über den kritischen Anstellwinkel hinaus führt zu einem Strömungsabriss.

Für die Berechnung der Manövergeschwindigkeit in den folgenden Beispielen verwenden wir einen kritischen Anstellwinkel von 18 Grad. Unsere Beispiele gehen von einer linearen oder eins-zu-eins Beziehung zwischen Auftrieb und Anstellwinkel aus, wie die folgende Grafik zeigt, während eine Verdoppelung der AOA eine Verdoppelung des Auftriebs bewirken würde.

Angenommen, ein Flugzeug mit einem Gesamtgewicht fliegt gerade und auf einem Niveau von 140 Knoten. Bei diesem Gewicht und dieser Geschwindigkeit benötigt dieses Flugzeug eine AOA von 3 Grad, um genügend Auftrieb zu erzeugen, um den Höhenflug aufrechtzuerhalten.

Wenn Turbulenzen oder manuelle Eingaben den AOA von 3 Grad auf 6 Grad erhöhen, verdoppelt sich der Hub und der Lastfaktor auf 2Gs. Die Last steigt mit zunehmender AOA weiter an, bis der kritische Anstellwinkel von 18 Grad erreicht ist.

Unter diesen Bedingungen würde die maximale Belastung dieses Flugzeugs 6Gs betragen, da die AOA 3 Grad im Horizontalflug betrug und nur sechsmal steigen konnte, bevor sie ihren kritischen Anstellwinkel von 18 Grad erreichte (18 Grad ist das Sechsfache ihrer flachen Kreuzfahrt AOA von 3 Grad).

Wie bereits erwähnt, wird die maximale Last (G-Kraft) bei einem kritischen Anstellwinkel von 18 Grad erreicht, da eine weitere Erhöhung der AOA zu einem Strömungsabriss führen würde, wodurch die Last vollständig entfällt.

Wurde das Flugzeug in diesem Beispiel in der Normalklasse mit einer maximalen Belastung von +3,8Gs zugelassen, könnte es bei dieser Geschwindigkeit bei starken Turbulenzen strukturelle Schäden erfahren.

In diesem Fall sollten Sie die Geschwindigkeit verringern, da das Fliegen mit langsamer Geschwindigkeit eine höhere AOA erfordert, um den Höhenflug aufrechtzuerhalten. Ein höheres AOA im Höhenflug würde dich deinem kritischen Anstellwinkel näher bringen. Wenn beispielsweise eine langsamere Geschwindigkeit eine AOA von 5 Grad erfordert, um den Höhenflug aufrechtzuerhalten, würde die Last maximal 3,6 Gs betragen (18 geteilt durch 5 = 3,6 Gs).

Ein weiterer entscheidender Faktor ist das Flugzeuggewicht. Das Pilot's Operating Handbook (POH) legt die Manövriergeschwindigkeit des Flugzeugs bei Bruttogewicht fest. Wenn Sie unter dem zulässigen Gesamtgewicht fliegen, wird die Manövergeschwindigkeit reduziert, da eine geringere AOA erforderlich ist, um den Auftrieb zu erzeugen, der für den Erhalt des Höhenflugs erforderlich ist.

Zum Beispiel kann ein Flugzeug mit 2.500 Pfund ein 4,5-Grad-AOA mit 110 Knoten benötigen, um 2.500 Pfund Auftrieb für den Höhenflug zu erzeugen, während das gleiche Flugzeug mit der gleichen Geschwindigkeit und einem Gewicht von nur 2.200 Pfund in der Lage sein kann, den Höhenflug mit nur einem 3-Grad-AOA aufrechtzuerhalten.

Auch hier könnte bei einem reduzierten AOA von 3 Grad eine 6G-Last durch eine starke Turbulenzböe erzeugt werden, bevor sie beim kritischen Anstellwinkel von 18 Grad zum Stillstand kommt.

In Turbulenzen wollen Sie einen hohen AOA-Wert im Horizontalflug, um den Multiplikator zu reduzieren, bevor Sie Ihren kritischen Anstellwinkel erreichen. Sie können Ihren kritischen Anstellwinkel nicht ändern, aber Sie können Ihre Kreuzfahrt AOA erhöhen, indem Sie langsamer werden.

Nun zum Rest der Geschichte.

Traditionell wurde uns beigebracht, dass das Fliegen mit oder unter Manövergeschwindigkeit uns vor Strukturschäden bei Turbulenzen oder vor einer schnellen Steuerumlenkung von einem Extrem zum anderen schützen würde.

Wir wissen jetzt, dass es Ausnahmen gibt.

Eine praktische Ausnahme ist, wenn zwei oder mehr Kräfte gleichzeitig im Spiel sind.

Um das besser zu verstehen, kann es hilfreich sein zu wissen, wie Flugtests mit neuen Flugzeugen durchgeführt werden, die Manövergeschwindigkeiten testen.

In ruhiger Luft bewegt der Testpilot eine Flugsteuerung schnell auf ihre positive Konstruktionsgrenze und bringt sie dann in ihre neutrale Position zurück. Nach der Pause wiederholt er den Prozess bis zur negativen Grenze der Steuerung, bevor er in die neutrale Position zurückkehrt. Dieser Test wird für jede Achse einzeln wiederholt; Neigung, Drehung, Gieren.

So kann die Manövergeschwindigkeit die Flügel vor Strukturversagen schützen, wenn die Lasten senkrecht wie Kabbelluft sind; Böen führen jedoch oft zu Spannungen in mehr als einer Achse gleichzeitig. Pitching, Banking und Gieren, die gleichzeitig stattfinden, belasten das Flugzeug in mehrere Richtungen.

Eine weitere Ausnahme ist die schnelle und wiederholte Auslenkung der Steuerung einer Achse.

Dies erwies sich als tödlich beim Absturz des American Airlines Fluges 587 2001, bei dem 260 Menschen ihr Leben verloren. Beim Verlassen des JFK stieß der Airbus A300-605R auf Wirbelschleppen, und als Reaktion darauf gab der Pilot das Ruder fast vollständig nach rechts, dann ganz nach links, dann wieder nach rechts, dann wieder nach rechts, dann wieder nach links, dann wieder nach links und dann wieder nach rechts, alles in weniger als sieben Sekunden. Die schnelle, volle Ablenkung erzeugte so viel Kraft, dass sie von der Vertikallamelle abscherte, was dazu führte, dass der Airbus außer Kontrolle geriet und zusammenbrach. Das Wichtigste, was man für diese Diskussion verstehen sollte, ist jedenfalls, dass all das unter der Manövriergeschwindigkeit des Flugzeugs passiert ist.

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Manövergeschwindigkeit eine ungefähre Zahl ist, die Ihr Flugzeug nicht in allen Situationen vor Strukturversagen schützt.

Im Jahr 2010 änderte die Federal Aviation Administration die Lufttüchtigkeitsnormen für Transportflugzeuge der Kategorie (nicht Kunstflugzeuge), um klarzustellen, dass das Fliegen mit oder unter der Konstruktionsmanövergeschwindigkeit es einem Piloten nicht erlaubt, mehrere große Steuereingaben in einer Flugzeugachse oder einzelne vollständige Steuereingaben in mehr als einer Flugzeugachse gleichzeitig vorzunehmen, ohne die Struktur des Flugzeugs zu gefährden. Die FAA hat diese letzte Regel erlassen, um zu verhindern, dass Piloten die Bedeutung der Manövergeschwindigkeit eines Flugzeugs missverstehen, die einen zukünftigen Unfall verursachen oder dazu beitragen könnte.

Kartennummer FAA-2009-0810

Änderung Nr. 25-130, in Kraft seit 15. Oktober 2010

Wenn Sie sich nicht darauf verlassen können, dass Sie mit oder unter der Manövriergeschwindigkeit fliegen, um die strukturelle Integrität Ihres Flugzeugs zu schützen, was sollten Sie dann tun, wenn Sie Turbulenzen erleben?

Die beste Option ist natürlich, Turbulenzen zu vermeiden, wann immer es möglich ist. Wenn Sie sich mit den Ursachen von Turbulenzen vertraut machen, können Sie diese vermeiden. Siehe Turbulenz, um unter anderem zu lernen:

Fliege hinterher und nicht vor Stürmen.

Fliegen Sie nach Möglichkeit über Bergwellen. Wenn nicht, fliegen Sie senkrecht zu den Bergwellen oder parallel auf der Luvseite.

Bleiben Sie über und/oder gegen den Wind der Flugbahn eines anderen Flugzeugs, um dessen Wirbelschleppen zu vermeiden.

Wenn Turbulenzen nicht vermieden werden können, verlangsamen Sie die Manövriergeschwindigkeit und fliegen Sie ruhig.

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