Anstellwinkelschwingung

Schwingung (Nicken) um die Querachse.

Die Anstellwinkelschwingung, auch alpha-Schwingung (engl. short period), ist ein Fachbegriff aus der Flugmechanik und bezeichnet eine periodische Eigenform der Längsbewegung.

Aussehen

Die Anstellwinkelschwingung ist eine oszillatorische Bewegung um die Querachse, wobei sich der Anstellwinkel ändert, Fluggeschwindigkeit und Bahnwinkel aber annähernd konstant bleiben. Je nach Flugzeugtyp und Fluggeschwindigkeit tritt diese Schwingung bei Frequenzen von einigen Hertz auf. Bei Konfigurationen mit separatem Leitwerk ist sie sehr stark gedämpft und klingt ab, bevor es zu einer oszillatorischen Bewegung kommt, sie kann aber bei Nurflügel-Flugzeugen aufgrund der geringeren Dämpfung als Schwingung in Erscheinung treten.

Berechnung

Für die Berechnung der Eigenformen der Längsbewegung werden die Bewegungsgleichungen aufgestellt und deren Koeffizienten in eine Matrix geschrieben. Die Eigenwerte der Matrix sind zwei konjugiert komplexe Wertepaare; sie entsprechen den Frequenzen der Eigenformen (der Anstellwinkelschwingung und der Phygoide), und die Eigenvektoren beschreiben das Aussehen der Eigenform.

Auftreten

Die Anstellwinkelschwingung tritt als Antwort des Flugzeugs auf Höhenrudereingaben in Erscheinung und kann in ungünstigen Umständen zu Flattern führen. Bei einem hochgestreckten Nurflügel mit gepfeiltem Flügel kann sie mit der Biegeschwingung des Flügels koppeln, und beide Schwingungen fachen sich gegenseitig an, wenn sich ihre Eigenfrequenzen annähern.
Bei Flugzeugen mit sehr sensiblem Höhensteuer kann der Pilot diese Schwingung unbewusst anfachen, wenn er übersteuert und versucht, diese Steuereingabe zu kompensieren. Wenn seine Reaktionsverzögerung nahe der halben Periode der Anstellwinkelschwingung liegt, wird sein Steuersignal immer erst dann erfolgen, wenn das Flugzeug selbst bereits zum getrimmten Anstellwinkel zurückkehrt, und die Schwingung verstärken. Dies wird mit dem englischen Fachbegriff Pilot-induced oscillation (Piloten-induzierte Schwingung), kurz PIO, bezeichnet.

Literatur

Hafer, Xaver und Sachs, Gottfried: Flugmechanik. Springer-Verlag Berlin 2002.