Untersuchung der Flugeigenschaften von Flugzeugen anhand der Phygoidbewegung

Diplomarbeit aus dem Jahr 2004 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Luft- und Raumfahrttechnik, Note: 1,0, Hochschule Bremen (Maschinenbau), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung: Ein Flugzeug benötigt zufrieden stellende Flugeigenschaften, sowie Flugleistungen. Bei der Betrachtung der Flugeigenschaften befasst man sich mit Fragestellungen zur Stabilität und Steuerbarkeit des Flugzeugs. Um die Belastung des Piloten so weit wie möglich zu reduzieren, muss das Flugzeug eine angemessene Stabilität besitzen. Das heißt, wenn ein Flugzeug durch eine Störung aus seinem Gleichgewichtszustand gebracht wird, sollte es die Tendenz haben, wieder ins Gleichgewicht zurückzukehren, ohne dass der Pilot einen großen Teil seiner Aufmerksamkeit der Stabilisierung widmen muss. Ein besonderes Interesse gilt dabei dem Schwingungsverhalten des Flugzeugs. Hier unterscheidet man langperiodische Schwingungsbewegungen wie die Phygoidbewegung und hochfrequente Bewegungen wie die Anstellwinkelschwingung. Die Phygoide tritt bei jedem Flugzeug auf und soll deshalb im Rahmen dieser Arbeit detailliert untersucht werden. Die Untersuchung umfasst zunächst den physikalischen bzw. flugmechanischen Hintergrund und die mathematische Beschreibung der Bewegung (Kapitel 2-7). Zur Berechnung und Darstellung wird ein MATLAB-Modell erstellt, dessen Ergebnisse zunächst mit den Resultaten eines praktischen Flugversuchs verglichen werden (Kapitel 8,9). Danach wird mithilfe des Modells der Einfluss des Flugzustandes auf die Phygoide anhand zweier Beispielflugzeuge untersucht (Kapitel 10). Dazu werden verschiedene wichtige Parameter variiert. Im Folgenden wird dann, ebenfalls unter Anwendung des entwickelten MATLAB-Modells, die Phygoidbewegung verschiedener Passagierflugzeuge in speziellen Flugphasen untersucht (Kapitel 11) und bezüglich ihrer Flugeigenschaften bewertet. Im Anschluss werden die Handhabung des Schwingungsverhaltens beim Flugzeugentwurf und die Möglichkeit der Beeinflussung durch Flugregler beschrieben (Kapitel 12). Die detaillierte Untersuchung der Phygoidbewegung im allgemeinen und im Speziellen für verschiedene Flugzeuge und Parametereinflüsse, sowie im modernen Flugzeugentwurf stellt das Ziel dieser Arbeit dar. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.Einführung1 2.Stabilität3 2.1Statische Stabilität3 2.2Dynamische Stabilität4 3.Die Eigenbewegungen6 3.1Die Anstellwinkelschwingung6 3.2Die Phygoidbewegung7 4.Aerodynamische Nomenklatur9 5.Statische Längsstabilität12 5.1Nickmoment des Flügels14 5.2Nickmoment des Rumpfs und der Gondeln15 5.3Nickmoment des Höhenleitwerks16 5.4Beitrag des Triebwerks18 5.5Gesamtflugzeug18 6.Die Gleichungen der Längsbewegung20 6.1Die allgemeinen Bewegungsgleichungen des starren Körpers20 6.2Die ungesteuerte Längsbewegung25 6.2.1Exakte Phygoidberechnung und Darstellung mit Stabilitätsbeiwerten25 6.2.2Prüfung der Stabilität anhand der charakteristischen Gleichung32 6.2.3Näherungslösung für die Phygoidbewegung33 7.Flugeigenschaftsforderungen und Vorschriften35 7.1Vorschriften für die Phygoidbewegung35 7.2Flugeigenschaftsforderungen35 8.MATLAB-Modell zur Berechnung der Phygoide38 8.1Programmbeschreibung38 8.2Schematische Darstellung der Ein- und Ausgabedaten39 9.Vergleich der MATLAB-Ergebnisse mit realen Schwingungsdaten41 9.1Beschreibung des Flugzeugmusters Cessna F172 M41 9.2Flugversuch42 9.2.1Versuchsbeschreibung42 9.2.2Versuchsdaten42 9.2.3Auswertung der Messdaten43 9.2.4Versuchsergebnisse44 9.3Berechnung mit dem MATLAB-Programm44 9.3.1Näherungsberechnung44 9.3.2Exakte Berechnung45 9.4Ergebnis46 10.Einfluss des Flugzustandes auf die Phygoidbewegung47 10.1Beschreibung der Flu...