- Neutralpunkt (Luftfahrt)
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Der Neutralpunkt (NP) ist in der Aerodynamik ein fixer Punkt am Profil, an dem das Drehmoment im normalen Anstellwinkelbereich konstant ist. Er befindet sich bei allen Flügelprofilen etwa in einem Abstand von einem Viertel der Profiltiefe von der Profilnase aus auf der Profilsehne und wird in anderen Sprachen auch aerodynamisches Zentrum (AC) genannt.
Er wird oft mit dem Druckpunkt verwechselt, da bei symmetrischen Profilen beide Punkte aufeinanderfallen. Für alle Profile gilt: der Druckpunkt befindet sich genau um t * Cm/Ca (t=Flügeltiefe, Cm=Moment um NP, Ca=Auftrieb) hinter dem Neutralpunkt.
Für Stabilitätsberechnungen ist der fixe Neutralpunkt mit konstantem Drehmoment einfacher zu handhaben als der wandernde Druckpunkt.
Inhaltsverzeichnis
Längsstabilität
Längsstabilität ist die Stabilität des Flugzeugs um seine Querachse. Die entsprechende Bewegung wird „Nicken“ genannt. Die Bewegung um die Hochachse (Gieren) und die Bewegung um die Längsachse selbst (Rollen) zählen nicht zur Längsstabilität.
Als Mass für die Längsstabilität gilt
also die Rückstellkraft (in Nm) bei einer Lageänderung (in Winkelgrad).Die aerodynamische Stabilität von antriebslosen Flugzeugen wird durch die Geometrie von „Druckpunkt-Schwerpunkt“ bestimmt. Für gute Flugstabilität um die Querachse erzeugt das Höhenleitwerk bei Flugzeugen konventioneller Bauweise in Normalfluglage nur wenig Auftrieb. Der Einstellwinkel des Höhenleitwerks gegenüber der Rumpflängsachse ist deswegen viel kleiner als der des Tragflügels. Für eine gute Eigenstabilität muss zudem der Schwerpunkt unterhalb und - geschwindigkeitsabhängig - vor dem Druckpunkt liegen.
Trimmgeschwindigkeit
Die Trimmgeschwindigkeit eines Fluggerätes wird in der Regel so eingestellt, dass der beste Gleitwinkel erreicht wird. Dies geschieht durch Einstellen des Schwerpunktes und des Höhenleitwerks.
Ein gleitendes Flugzeug steuern heißt, diese Geometrie (Abstand und Ausrichtung) zu verändern. Dies wird durch Verschieben des Schwerpunktes oder – aerodynamisch – durch Verändern des Anstellwinkels des Höhenleitwerks oder der hinteren Klappen am Tragflügel erreicht. Bei motorgetriebenen Flugzeugen spielt die Lage und die Kraft des Antriebs eine wesentliche Rolle für die Stabilität und die Steuerung. Da jedoch alle Flugzeuge auch antriebslos flugfähig und steuerbar sein sollen, gilt obiges generell in der Luftfahrt.
Luftfahrttechnik
Für ein statisch längsstabiles Flugzeug muss der Neutralpunkt des Flugzeugs (der Gesamtkonfiguration) hinter dem Masseschwerpunkt liegen. Bei statisch instabilen Konfigurationen liegt der Gesamtneutralpunkt vor dem Masseschwerpunkt. Der mit der mittleren aerodynamischen Bezugsflügeltiefe normierte Abstand zwischen Schwerpunkt und Neutralpunkt wird als Stabilitätsmass bezeichnet. Der Bedarf eines Flugzeugs an Stabilisierungsflächen hängt hauptsächlich von der Wölbung der Tragfläche ab.
Unterschieden wird zwischen:
- Neutralpunkt des Flügels: liegt im Unterschall näherungsweise in 25% der mittleren aerodynamischen Bezugsflügeltiefe (mean aerodynamic chord, MAC). Bei Laminarprofilen geringfügig weiter hinten (Eppler-Profile ca. 26%) und bei langsamen Modellflugzeugen weiter vorn (ca. 24%). Im Überschall befindet sich der Neutralpunkt wie bei allen inkompressiblen Fluiden viel weiter hinten (ebene Platte 50%)
- Neutralpunkt des Leitwerks: wird gleich berechnet oder definiert wie der des Tragflügels. Die Luftkräfte am Höhenleitwerk liefern den entscheidenden Beitrag zur Längsstabilität eines Flugzeugs. Die alleinige Flügel-Rumpf-Kombination ist meist instabil.
- Neutralpunkt des gesamten Flugzeugs (Flügel+Rumpf+Leitwerk): kann grob aus den einzelnen Auftriebswerten und der entsprechenden geometrischen Lage berechnet werden. Der Abstand vom Tragflügel und die Grösse des Leitwerks sind entscheidend für die aerodynamische Stabilität des Flugzeugs.
Literatur
- Götsch, Ernst - Luftfahrzeugtechnik, Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8
Quellen
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