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@Golem: Sicherheitsmargen um innerhalb der Grenzen zu bleiben?

Wochenende!!! Zeit für Quatsch!
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  1. @Golem: Sicherheitsmargen um innerhalb der Grenzen zu bleiben?

    Autor: Eheran 13.05.20 - 10:17

    >Daher werden Flügel so konstruiert, dass sie mit einer großen Sicherheitsmarge innerhalb dieser Flattergrenze bleiben.
    Sollte das nicht eher unterhalb statt innerhalb sein?
    Sieht nach einer oberflächlichen Frage aus, hat aber einige wichtige Auswirkungen:

    Anders als bei Ländergrenzen handelt es sich bei so einer Grenze sicherlich um einen Betriebszustand, den es nicht zu erreichen gilt. Sprich: In einem Diagramm mit Flattergrenze als f(x) will man unter der Linie bleiben. Mit x z.B. Geschwindigkeit, Turbulenz(en), Steifigkeit, ...
    Während man also innerhalb von Ländergrenzen bleiben kann, so kann man wohl nicht innerhalb von Flattergrenzen sein? Dafür müsste die Flattergrenze nicht nur nach oben hin (leichter gebaut bzw. weniger steif, höhere Geschwindigkeit, mehr Turbulenzen...) auftreten, sondern auch bei sehr geringen Geschwindigkeiten usw. erneut -> dann kann man zwischdrin bleiben. Das halte ich aber für unwahrscheinlich. Sie wird nur nach oben hin auftreten, sonst würde man den unteren Zustand bei jedem Start/Landung durchqueren.

  2. Re: @Golem: Sicherheitsmargen um innerhalb der Grenzen zu bleiben?

    Autor: leMatin 13.05.20 - 10:29

    Hat damit zu tun, dass sich der Flügel nicht nur nach oben sondern auch nach unten biegen kann. Und da gibt für beide Richtungen Grenzen, also insgesamt einen Bereich, in dem sich der Flügel zulässigerweise bewegen darf.

  3. Re: @Golem: Sicherheitsmargen um innerhalb der Grenzen zu bleiben?

    Autor: Eheran 13.05.20 - 11:32

    Ich dachte das Flattern ist eher ein Übergang von "alles ruhig" nach "alles vibriert", weil der Flügen sich dann eben immer mehr aufschaukelt? Da gibt es kein fixes "biegt sich 1x hoch/runter" sonder eine Schwingung um den Mittelwert. Das geht dann schon ziemlich in die Tiefe jetzt: Gibt es nun also keinen scharfen Übergang zum Flattern sondern (z.B. linear) immer mehr Schwingungen? Und das Flattern wird dann irgendwo definiert wenn es über Aplitude X ist?

    Das entspricht dann nicht meinen Erfahrungen mit Flattern (das gibts nicht nur bei großen Flugzeugen, sondern z.B. auch mit einem Blatt Papier). Da ist der Übergang von einer stabilen Strömung zum Flattern doch eher scharf (um mal vom Papier wegzukommen beispielsweise in einer Anlage wo Gas mit variabler Geschwindigkeit durch ein Bauteil strömt).

    Deiner Erklärung nach ist die Flattergrenzen eine maximal zulässige Biegung des Flügels innerhalb derer man dann bleiben kann.
    Also keine sich aufschauklelnde Schwingung, die grundsätzlich zu vermeiden ist und wo es auch kein "drin bleiben" gibt, sonder nur drunter bleiben?

  4. Re: @Golem: Sicherheitsmargen um innerhalb der Grenzen zu bleiben?

    Autor: leMatin 13.05.20 - 12:06

    Nun ich hab es stark vereinfacht erklärt, weil ich darauf hinaus wollte, warum man nicht nur von einer Grenze spricht und da hab ich einfach der „Flügel biegt sich hoch und runter“ genommen und das Thema Dauerfestigkeit komplett rausgelassen. Rein aus der Geometrie des Flügelquerschnitts ergeben sich allein da schon unterschiedliche Grenzen für die zulässige Biegung nach oben und unten (also schon mal mindestens 2 Grenzen).
    Im Grunde siehst du das aber richtig. Im Betrieb findet eine schwellende Belastung des Flügels um eine gewissen Mittelwert (Auftrieb, um Höhe zu halten) statt. Die Lebensdauer hängt dabei allgemein von der Amplitude und der Frequenz (also der Anzahl der Lastwechsel) ab. Hinzu kommt noch das Thema Eigenschwingungen, das heißt, dass es bei kritischen Frequenzen ebenfalls zu vorzeitigem Bauteilversagen kommen wird.

  5. Re: @Golem: Sicherheitsmargen um innerhalb der Grenzen zu bleiben?

    Autor: Westerwald 13.05.20 - 12:14

    Die Flattergrenze ist ein etwas diffuses Maß die auch bei einem Test nicht eindeutig sind. Man kann einerseits die Kräfte messen, die einen Flügel zum flattern bringen. Also Druckunterschiede, die in kg pro Fläche gemessen werden, andererseits einfach mal messen, wie weit sich der Flügel durchbiegen lässt, bevor er bricht. Weil man die auftretenden Kräfte letztendlich nicht sicher berechnen kann, wird beides gemacht. In einem Dauertest werden die rechnerisch maximal auftretenden Druckunterschiede mechanisch auf den Flügel aufgebracht und dieser so künstlich zum flattern gebracht. Dieser Wert unterscheidet sich aber je nach Flugzeugtyp. Bei einem Überschallflugzeug sind die Kräfte größer, als bei einem Reiseflugzeug. Also ist auch die Flattergrenze dem jeweiligen Flugzeugtyp angepasst. Ein Flugzeug sollte generell nur innerhalb bestimmter Parameter geflogen werden. Ein Flugzeug für den Kunstflug "darf" Manöver fliegen, die weitaus höhere G-Kräfte erzeugen, als ein Reiseflugzeug. Will ein Hobbypilot mit seinem Ultraleicht die gleichen Kunstflugfiguren ausführen wie der Kunstflieger, wird er er schnell die Flattergrenze für sein Flugzeug überschreiten. Sein Flügel werden abbrechen, er wird abstürzen.
    Bei allen Flugzeugen wird noch ein maximaler Belastungstest gemacht. Der Flügel wird mit ständig höherem Gewicht belastet, bis er schließlich bricht. Das ist immerhin ein reproduzierbarer Wert, den man dann in den Papieren festhalten kann. Leider sind die Kräfte die beim Flattern auftreten nicht so einfach festzuhalten. Die Dynamiken die über den ganzen Flügel auftreten, lassen sich nicht vorhersagen, lassen sich nicht im Windkanal allein testen, ändern sich je nach Fluglage.

  6. Re: @Golem: Sicherheitsmargen um innerhalb der Grenzen zu bleiben?

    Autor: M.P. 13.05.20 - 20:58

    Das ist nur etwas flapsig formuliert "nnerhalb dieser Flattergrenze" bedeutet ausgeschrieben "innerhalb der Grenzen, außerhalb derer Flattern einsetzt"

    Da wird es wohl mehrere Parameter geben
    - Geschwindigkeit
    - Anstellwinkel
    - Lufttemperatur/ -druck
    - usw...

  7. Re: @Golem: Sicherheitsmargen um innerhalb der Grenzen zu bleiben?

    Autor: Eheran 13.05.20 - 22:24

    Ja, vermutlich. Sehr interessantes Thema!

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