Benutzer:Huwyler

Flugmechanik

Die Flugmechanik des Gleitschirm ist sehr komplex und der eines Starrflüglers in vielerlei Hinsicht grundverschieden. Eine charakteristische Eigenschaft des Gleitschirms ist seine Stabilität um die Quer- und Längsachse (Nickstabilität und Rollstabilität). Leider werden diese Eigenschaften in der Literatur sehr oft grundsätzlich falsch erklärt. Die folgenden Abschnitte versuchen, eine physikalisch korrekte Erklärung zu geben; für genauere Informationen sei auf verwiesen.

Nickstabilität

Im ausgependelten Fall geht die Wirklinie des Auftriebs der Kappe durch den Schwerpunkt. Dies ist die Lage, in die der Gleitschirm nach einer störungsbedingten Änderung des Anstellwinkels (nicken nach vorn oder hinten) von selber wieder zurückkehren soll. "Normale" Flugzeuge bekommen dieses Verhalten durch das Höhenleitwerk. Wenn das Flugzeug nach hinten nickt (Erhöhung des Anströmwinkels) wandert der gemeinsame Druckpunkt von Tragfläche und Höhenleitwerk drastisch nach hinten. Die Wirklinie passiert nun nicht mehr den Schwerpunkt, sonder geht weit hinten daran vorbei. Es resultiert ein Drehmoment, welches das Flugzeug wieder nach vorne nicken lässt, so lange, bis die ursprüngliche Fluglage wieder erreicht ist.

Ein Gleitschirm aber hat kein Höhenleitwerk; der Druckpunkt der Tragfläche wandert mit zunehmendem Anstellwinkel nach vorne, statt nach hinten, was eigentlich zu Instabilität führen würde. Die Nickstabilität wird beim Gleitschirm aufgrund zweier Voraussetzungen erreicht: a) der Schwerpunkt ist sehr weit unter der Tragfläche und b) die Wirklinien wandern nicht parallel nach vorne und hinten, sondern neigen sich ausserdem. Das nebenstehende Bild

Nickstabilität beim Gleitschirm

verdeutlicht den Effekt: Die Wirkungslinien bei verschiedenen Anstellwinkeln treffen sich alle in einem Punkt unterhalb der Kappe. Bei einem Gleitschirm befindet sich der Schwerpunkt unterhalb dieses Punktes. Bei steigendem Anstellwinkel wandert also die Wirkungslinie des Auftriebs auf Höhe des Schwerpunkts nach hinten, obwohl der Druckpunkt nach vorne wandert. Insgesamt wird also das Nickverhalten invertiert, aus instabilem Nickverhalten wird Nickstabilität.

Der sehr verbreitete Vergleich des Gleitschirms mit einem Pendel zwecks Erklärung der Nickstabilität ist irreführend, da bei diesem Vergleich inherent davon ausgegangen wird, dass sich die Drehachse des Gleitschirms oberhalb des Schwerpunkes befindet. Da der Gleitschirm aber im Flug nirgendwo befestigt ist, ist dies nicht der Fall.

Rollstabilität

Wie die Nickstabilität ist auch die Rollstabilität beim Gleitschirm sehr ausgeprägt, das heisst, der Gleitschirm kehrt ohne Zutun des Piloten in der Rollachse immer in die Position, bei der die Kappe gerade über dem Piloten hängt, und somit in den Geradeausflug zurück. In dieser Position treten keinerlei Rollkräfte auf. In Bild ??? ist in der linken und rechten Kappenhälfte exemplarisch an zwei Flächensegmenten die dazugehörige Auftriebskraft eingezeichnet. Sie wirkt jeweils senkrecht zur Fläche. Die Wirklinien der Kräfte treffen sich paarweise in einem Punkt, der knapp oberhalb des Schwerpunkts, ca. 50-100cm oberhalb des Piloten liegt. Es ist ersichtlich, dass sich aus Symmetriegründen die von diesen Kräften erzeugten Momente nach links und rechts aufheben; der Gleitschirm behält seine Lage. Der gesamte Auftrieb (im Bild blau) wiegt die Schwerkraft (im Bild gelb) auf.

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Rollt der Gleitschirm, zum Beispiel aufgrund einer Turbulenz, nun aus dieser Lage nach rechts, passiert erst mal gar nichts. Auch hier ist zu erwähnen, dass zur Erklärung der Effekte der Vergleich mit einem Pendel nicht zulässig ist. Da die Gewichtskraft am Schwerpunkt angreift, wird auch sie kein Moment ausüben. Dies ist in Bild ??? ersichtlich.

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Da nun jedoch die Auftriebskraft nicht mehr der Schwerkraft entgegengesetzt ist, sondern nach zusätzlich nach rechts wirkt, beschleunigt der Gleitschirm nach rechts und leitet somit eine Kurve ein. Dies wiederum führt dazu, dass die linke Flügelhälfte stärker angeströmt wird, was zu einem Moment führt, das den Gleitschirm zurück in seine Normallage (wie in Bild ???) zurückdrängt.

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Kurvenflug

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Befindet sich der Gleitschirm im Geradeausflug, und der Pilot zieht die rechte Bremsleine, erhöht sich der Auftrieb an der rechten Kappenhälfte. Da wie weiter oben erwähnt die Wirklinien der Auftriebskräfte sich paarweise leicht oberhalb des Schwerpunkts kreuzen, resultiert aus dieser Asymmetrie ein Drehmoment nach rechts und der Gleitschirm fängt an nach rechts zu rollen. Aufgrund der so entstehenden Querneigung leitet der Gleitschirm eine Kurve ein. Wie oben erwähnt, erhöht sich....