Immer wieder wird die 'Dämpfung' bzw. 'Nickdämpfung' in unseren Diskussionen um Geräte(HG) erwähnt, die 'Dämpfung' in 35 Themen, davon als 'Nickdämpfung' in 23 Themen. Ein eigenes Thema gab es bisher nicht. Zum Vergleich: Mit dem Begriff 'Pitch' gibt es immerhin 7 Themen, und er wird in Beiträgen zu 138 Themen erwähnt.
So wird z.B. der Dämpfung eine hohe Bedeutung beim Tuck beigemessen oder es wird vom Beitrag der Heckflosse zur Dämpfung gesprochen.
Mein Eindruck ist allerdings, dass häufig auch Effekte der Nick-Stabilität bzw. des Pitch als Dämpfung verstanden oder bezeichnet werden.
Dreht man eine Fläche gleichmäßig um eine Querachse, die z.B. durch ihren Massepunkt oder ihren Flächenschwerpunkt verläuft, so spürt man ein gegen das aufgewendete Drehmoment wirkende Nickdämpfungs-Moment. Das gilt auch während einer Umströmung der Fläche.
Beschleunigt oder verzögert man die Drehung, so spürt man zusätzlich die Nick-Trägheit, bedingt durch die Masse und deren Verteilung über der Fläche.
Es leuchtet ein, dass ein Flächenstück umso mehr zum Dämpfungs-Moment beiträgt, je weiter es von der Drehachse entfernt ist, je größer also der Hebel ist, über den die Luftkraft aufgrund der Drehung wirkt. Das trifft z.B. auf das Höhenleitwerk eines Rumpfflugzeugs zu, das etwa 1/4 bis 1/2 der Spannweite hinter dem Schwerpunkt liegt.
Beim Drachen liegt eine Heckflosse am Ende des Kielrohrs nicht weiter zurück als die Flügelspitzen, so dass sein Beitrag zur Nickdämpfung nicht größer ist als der der Flügelspitzen, abgesehen davon, dass das Leitwerk starrer ist als die nachgiebigen Spitzen, insbesondere bei Flexiblen. Die dämpfende Wirkung einer Heckflosse ist beim Beginn einer Drehung also etwas stärker.
Die Drehung einer Fläche erfolgt z.B. gewollt durch die Steuerung um die Querachse. Um die gewollte Drehung zu erzielen, muss das Steuer-Moment das Moment aus der Nickdämpfung und aus der Nick-Trägheit überwinden. Die Veränderung erfolgt verzögert und hat durch die kinetische Energie aus der Nick-Trägheit eine Nachwirkung. Diese Verzögerung kann als negativ empfunden werden, wenn das Flugzeug 'zu träge' reagiert, oder als angenehm, wenn das Flugzeug 'zu nervös' auf Steuerimpulse reagiert. Es reagiert aber nur dann 'zu nervös', wenn seine Nick-Stabilität zu gering ist, wenn schon kleinste Steuerwege (am Steuerbügel oder Steuerknüppel) das Momenten-Gleichgewicht um die Querachse empfindlich beeinträchtigen. Besser ist daher ein ungedämpft schnell reagierendes nick-stabiles Flugzeug als ein teilweise schon labiler Flugzustand, in dem nur noch die Dämpfung und Trägheit den Absturz verzögern.
Die Drehung einer Fläche kann sich auch bei einer Veränderung der Anströmung durch das daraus entstehende Nick-Moment ergeben, z.B. beim Einflug in einen Aufwind. Hier kommt es erst bei einer nachwirkenden Drehung aus der Nick-Trägheit zu einer Nickdämpfung.
Die enge und damit ruhige Einhaltung der Trimmfluglage mit ihrem Soll-Anstellwinkel wird hauptsächlich durch eine gute Nick-Stabilität mit einem steilen Moment-Gradienten, der für eine hohe Rückstellkraft sorgt, erreicht. Dies mag dann als eine gute Dämpfung empfunden werden, die zusammen mit der Nick-Trägheit aber nur zu einem kleinen Teil zu einem geradlinigen ruhigen Flug beiträgt.
Zu einer schnellen Drehung einer Fläche kommt es z.B., wenn ein Drachen ein Männchen macht (gewollt oder ungewollt), er dann nach vorne abkippt und der Drehimpuls aufgrund der Massenträgheit nachwirkt. Dämpfung bremst die Drehung. Dies wird als Schutz vor einem hieraus evtl. entstehenden Tuck gesehen, zumal in einer solchen Situation keine anliegende Strömung mehr besteht, die ein (aufrichtendes) Nick-Moment erzeugen könnte. Hier kann Dämpfung tatsächlich einem ersten Überschlag entgegen wirken.
Es kommt aber auch dann zu keinem vollständigen Überschlag, unabhängig von der Dämpfung, wenn der Schwerpunkt des Piloten und damit der Gesamtschwerpunkt, vorne bleibt. Wenn der Pilot also nicht schreckhaft die Arme streckt (obwohl das im ersten Moment auch noch nicht schädlich sein muss). Das Gerät dreht sich zwar ggf. etwas auf den Rücken (auch dann muss der Pilot unbedingt vorne bleiben, sich ggf. an der vorderen Unterverspannung festhalten, wenn er sich am Steuerbügel nicht mehr halten konnte), nimmt dann aber Fahrt auf, so dass ein aufrichtendes Nick-Moment entsteht. Der anschließende Abfangbogen ist umso kürzer, je mehr Pitch das Gerät hat. Reicht die Höhe nicht, ist natürlich sofort die Rettung zu werfen.
Ein längsstabiler Flug wird nur durch Nick-Stabilität eingehalten und vor allem nach einer Störung auch wieder eingenommen, nicht dagegen durch Nickdämpfung.
Auch bei jedem sich wiederholenden Überschlag eines Tucks dreht sich die Fläche einmal um 360 Grad, etwa im Zyklus von 1-2 Sekunden. Demnach könnte auch hier Nickdämpfung hilfreich sein. So, wie ich die Studien von Michael Schönherr in Erinnerung habe, verläuft ein Überschlag in folgenden Phasen: 1) Der Pilot konnte sich nicht (mehr) am Steuerbügel festhalten und fliegt über die Hinterkante des nach vorne drehenden Flügels nach unten. 2) Dann reißt er den Flügel hinter sich herum, der über ihm in einem Bogen so weit nach vorne schießt und sich erst schräg unter ihm verlangsamt, dass er wieder über die Hinterkante nach unten fällt etc. Bei diesem bogenförmigen Flugweg des Flügels entsteht eher eine anliegende Strömung, die je nach Pitch ein aufrichtendes Moment erzeugt, weniger eine dämpfende Querströmung. Auch bei solchen Überschlägen halte ich daher Nick-Stabilität für entscheidender als Nickdämpfung. Ein aufrichtendes Moment vergrößert den Flugbogen über dem Piloten, so dass er bestenfalls vor den Flügel fällt. Nickdämpfung unterstützt natürlich eine mögliche Beendigung der Überschläge.
Bei einer von außen aufgeprägten starken Drehung der Strömung, die auch zu einem Tuck führen kann, wie z.B. eine Fallböe, entsteht kein Dämpfungsmoment, nur ein Nick-Moment, siehe oben.
Mit der geringeren Nickdämpfung einer kleineren Fläche begründet die DHV-Prüfstelle ihr Festhalten an den etwa 1990 von Bernd Schmidtler eingeführten absoluten Nick-Moment-Vorgaben der LTF (Gütesiegel), anstatt wie bei den Standards der HGMA und der BHPA (und wie in der Aerodynamik allgemein üblich) Beiwerte zu fordern. Auch Michael Schönherr hatte bis dahin u.A. Nick-Moment-Beiwerte ermittelt. Eine geringere Nickdämpfung soll nach Ansicht der DHV-Prüfstelle durch mehr Nick-Stabilität aufgewogen werden. Dies benachteiligt kleine Flächen, die die DHV-Anforderungen nur mit höherer Schränkung erfüllen können, wie z.B. aus den Datenblättern der Icaro Z9 zu ersehen ist. Höhere Mindest-Schränkung beeinträchtigt die Leistung und das Kurvenhandling. Dieser Nachteil wird allerdings ein wenig durch die meist steifere Struktur kleiner Flächen ausgeglichen. Aus dem Rahmen fällt bei den Z9 allerdings der 13.2, das zweitkleinste Modell, für das erstaunlicherweise die geringsten Sprog-Winkel genannt werden.
Kehrt man die Argumentation oben um, so begnügt man sich bei großen Flächen mit weniger Nick-Stabilität, weil sie ein größeres Dämpfungsmoment erzeugen können. Nickdämpfung hat für die Flugsicherheit aber längst nicht die Bedeutung wie Nick-Stabilität. Und beide wirken auf ganz unterschiedliche Weise, so dass man das eine nicht durch das andere ausgleichen kann. Außerdem fallen auch die Störkräfte für kleine Flächen mit kleinen Massen geringer aus.
Gegen Beiwerte wird auch eingewandt, dass man dazu noch die Größe der Fläche und die Bezugsflügeltiefe genau ermitteln müsse. Diese Hürde ist m.E. aber durch ein einfaches Mess- und Rechenschema zu überwinden. Schließlich sollten diese Werte auch wichtige und verlässliche Angaben im Datenblatt sein.
Die Argumente der DHV-Prüfstelle gegen Beiwerte überzeugen mich daher nicht, auch wenn sich die Flächengrößen Flexibler meist zwischen 13 und 14 qm bewegen. Die Anerkennung der nach HGMA- und BHPA-Standards geprüften Geräte in Deutschland ist eine gute Gelegenheit, hier zu einer einheitlichen Auffassung zu kommen.
Möglicherweise ist die Ungleichbehandlung verschieden großer Geräte durch das Gütesiegel auch eine Quelle für das Absenken der Sprogs (in Wettkämpfen). Denn ein kleines Gerät mit Sprogs etwas unterhalb des Gütesiegels ist vmtl. noch genau so nick-stabil, wie ein großes Gerät mit der Gütesiegel-Einstellung. Da aber ohne Messwagen nicht festzustellen ist, bis wohin gefahrlos abgesenkt werden könnte, taugt das obige Argument nicht, ein Absenken der Sprogs kleiner Geräte zu rechtfertigen. Vor einem Absenken ist daher in jedem Fall zu warnen!
Ansonsten habe ich bei mir nur im 'Schlichting, Truckenbrodt: Aerodynamik des Flugzeugs, 2. Band, 1969' Nenneswertes zur Nickdämpfung gefunden, ein wenig auch im 1. Band, 1967.
Was meint Ihr?
Gruß, Bernhard
PS 26.5.2013 zu den gemachten Einwänden:
Wer die Bedeutung der Nick-Dämpfung aufwerten will, indem er versucht, die Notwendigkeit der Nick-Stabilität (statische Längsstabilität) herunter zu spielen, und behauptet, diese tauge nur für Schönwetterflüge (statische Verhältnisse), sei auch nur so 'populär', weil sie so leicht zu verstehen sei, und mit ausreichend Dämpfung ginge es auch fast ohne Nick-Stabilität, gefährdet nicht nur sich, sondern auch andere, und hat offensichtlich nicht verstanden, wie Nick-Stabilität entsteht, so dass sie zwingend zur Fliegerei gehört. Leider wird immer noch von vielen die Wirkung der Nick-Stabilität für Dämpfung gehalten bzw. als solche bezeichnet, z.B. bei der Wirkung einer Heckflosse, vmtl. weil uns Dämpfung aus dem Alltag geläufiger ist, z.B. bei gefederten Autos.
Aber nur Nick-Stabilität führt aus jeder Flugsituation, auch aus dem Tuck, in den statischen Gleitflug zurück. Der Pilot muss sich jedoch stets mit seinem Schwerpunkt weit genug vorne halten (können), so dass die Bedingung für Nick-Stabilität erfüllt bleibt.
Nick-Dämpfung spielt dabei lediglich bzw. immerhin eine unterstützende Rolle. Der Tuck verläuft durch Dämpfung langsamer, vielleicht 1/10 Sekunde, und bei ausreichender Nick-Stabilität kann man vielleicht schon vor oder nach dem ersten Überschlag in den Gleitflug zurückkehren. Es ginge aber auch ohne jede Dämpfung. Ohne Nick-Stabilität, also ohne einen weit genug vorne liegenden Schwerpunkt (Piloten), kommt es dagegen bei der kleinsten Störung sofort zum Überschlag, der sich dann laufend fortsetzt. Nick-Dämpfung bewirkt dann lediglich, dass die Überschläge etwas langsamer verlaufen.
Mehr zum Tuck unter http://www.gleitschirmdrachenforum.d...matik-Abhilfen.
So wird z.B. der Dämpfung eine hohe Bedeutung beim Tuck beigemessen oder es wird vom Beitrag der Heckflosse zur Dämpfung gesprochen.
Mein Eindruck ist allerdings, dass häufig auch Effekte der Nick-Stabilität bzw. des Pitch als Dämpfung verstanden oder bezeichnet werden.
Dreht man eine Fläche gleichmäßig um eine Querachse, die z.B. durch ihren Massepunkt oder ihren Flächenschwerpunkt verläuft, so spürt man ein gegen das aufgewendete Drehmoment wirkende Nickdämpfungs-Moment. Das gilt auch während einer Umströmung der Fläche.
Beschleunigt oder verzögert man die Drehung, so spürt man zusätzlich die Nick-Trägheit, bedingt durch die Masse und deren Verteilung über der Fläche.
Es leuchtet ein, dass ein Flächenstück umso mehr zum Dämpfungs-Moment beiträgt, je weiter es von der Drehachse entfernt ist, je größer also der Hebel ist, über den die Luftkraft aufgrund der Drehung wirkt. Das trifft z.B. auf das Höhenleitwerk eines Rumpfflugzeugs zu, das etwa 1/4 bis 1/2 der Spannweite hinter dem Schwerpunkt liegt.
Beim Drachen liegt eine Heckflosse am Ende des Kielrohrs nicht weiter zurück als die Flügelspitzen, so dass sein Beitrag zur Nickdämpfung nicht größer ist als der der Flügelspitzen, abgesehen davon, dass das Leitwerk starrer ist als die nachgiebigen Spitzen, insbesondere bei Flexiblen. Die dämpfende Wirkung einer Heckflosse ist beim Beginn einer Drehung also etwas stärker.
Die Drehung einer Fläche erfolgt z.B. gewollt durch die Steuerung um die Querachse. Um die gewollte Drehung zu erzielen, muss das Steuer-Moment das Moment aus der Nickdämpfung und aus der Nick-Trägheit überwinden. Die Veränderung erfolgt verzögert und hat durch die kinetische Energie aus der Nick-Trägheit eine Nachwirkung. Diese Verzögerung kann als negativ empfunden werden, wenn das Flugzeug 'zu träge' reagiert, oder als angenehm, wenn das Flugzeug 'zu nervös' auf Steuerimpulse reagiert. Es reagiert aber nur dann 'zu nervös', wenn seine Nick-Stabilität zu gering ist, wenn schon kleinste Steuerwege (am Steuerbügel oder Steuerknüppel) das Momenten-Gleichgewicht um die Querachse empfindlich beeinträchtigen. Besser ist daher ein ungedämpft schnell reagierendes nick-stabiles Flugzeug als ein teilweise schon labiler Flugzustand, in dem nur noch die Dämpfung und Trägheit den Absturz verzögern.
Die Drehung einer Fläche kann sich auch bei einer Veränderung der Anströmung durch das daraus entstehende Nick-Moment ergeben, z.B. beim Einflug in einen Aufwind. Hier kommt es erst bei einer nachwirkenden Drehung aus der Nick-Trägheit zu einer Nickdämpfung.
Die enge und damit ruhige Einhaltung der Trimmfluglage mit ihrem Soll-Anstellwinkel wird hauptsächlich durch eine gute Nick-Stabilität mit einem steilen Moment-Gradienten, der für eine hohe Rückstellkraft sorgt, erreicht. Dies mag dann als eine gute Dämpfung empfunden werden, die zusammen mit der Nick-Trägheit aber nur zu einem kleinen Teil zu einem geradlinigen ruhigen Flug beiträgt.
Zu einer schnellen Drehung einer Fläche kommt es z.B., wenn ein Drachen ein Männchen macht (gewollt oder ungewollt), er dann nach vorne abkippt und der Drehimpuls aufgrund der Massenträgheit nachwirkt. Dämpfung bremst die Drehung. Dies wird als Schutz vor einem hieraus evtl. entstehenden Tuck gesehen, zumal in einer solchen Situation keine anliegende Strömung mehr besteht, die ein (aufrichtendes) Nick-Moment erzeugen könnte. Hier kann Dämpfung tatsächlich einem ersten Überschlag entgegen wirken.
Es kommt aber auch dann zu keinem vollständigen Überschlag, unabhängig von der Dämpfung, wenn der Schwerpunkt des Piloten und damit der Gesamtschwerpunkt, vorne bleibt. Wenn der Pilot also nicht schreckhaft die Arme streckt (obwohl das im ersten Moment auch noch nicht schädlich sein muss). Das Gerät dreht sich zwar ggf. etwas auf den Rücken (auch dann muss der Pilot unbedingt vorne bleiben, sich ggf. an der vorderen Unterverspannung festhalten, wenn er sich am Steuerbügel nicht mehr halten konnte), nimmt dann aber Fahrt auf, so dass ein aufrichtendes Nick-Moment entsteht. Der anschließende Abfangbogen ist umso kürzer, je mehr Pitch das Gerät hat. Reicht die Höhe nicht, ist natürlich sofort die Rettung zu werfen.
Ein längsstabiler Flug wird nur durch Nick-Stabilität eingehalten und vor allem nach einer Störung auch wieder eingenommen, nicht dagegen durch Nickdämpfung.
Auch bei jedem sich wiederholenden Überschlag eines Tucks dreht sich die Fläche einmal um 360 Grad, etwa im Zyklus von 1-2 Sekunden. Demnach könnte auch hier Nickdämpfung hilfreich sein. So, wie ich die Studien von Michael Schönherr in Erinnerung habe, verläuft ein Überschlag in folgenden Phasen: 1) Der Pilot konnte sich nicht (mehr) am Steuerbügel festhalten und fliegt über die Hinterkante des nach vorne drehenden Flügels nach unten. 2) Dann reißt er den Flügel hinter sich herum, der über ihm in einem Bogen so weit nach vorne schießt und sich erst schräg unter ihm verlangsamt, dass er wieder über die Hinterkante nach unten fällt etc. Bei diesem bogenförmigen Flugweg des Flügels entsteht eher eine anliegende Strömung, die je nach Pitch ein aufrichtendes Moment erzeugt, weniger eine dämpfende Querströmung. Auch bei solchen Überschlägen halte ich daher Nick-Stabilität für entscheidender als Nickdämpfung. Ein aufrichtendes Moment vergrößert den Flugbogen über dem Piloten, so dass er bestenfalls vor den Flügel fällt. Nickdämpfung unterstützt natürlich eine mögliche Beendigung der Überschläge.
Bei einer von außen aufgeprägten starken Drehung der Strömung, die auch zu einem Tuck führen kann, wie z.B. eine Fallböe, entsteht kein Dämpfungsmoment, nur ein Nick-Moment, siehe oben.
Mit der geringeren Nickdämpfung einer kleineren Fläche begründet die DHV-Prüfstelle ihr Festhalten an den etwa 1990 von Bernd Schmidtler eingeführten absoluten Nick-Moment-Vorgaben der LTF (Gütesiegel), anstatt wie bei den Standards der HGMA und der BHPA (und wie in der Aerodynamik allgemein üblich) Beiwerte zu fordern. Auch Michael Schönherr hatte bis dahin u.A. Nick-Moment-Beiwerte ermittelt. Eine geringere Nickdämpfung soll nach Ansicht der DHV-Prüfstelle durch mehr Nick-Stabilität aufgewogen werden. Dies benachteiligt kleine Flächen, die die DHV-Anforderungen nur mit höherer Schränkung erfüllen können, wie z.B. aus den Datenblättern der Icaro Z9 zu ersehen ist. Höhere Mindest-Schränkung beeinträchtigt die Leistung und das Kurvenhandling. Dieser Nachteil wird allerdings ein wenig durch die meist steifere Struktur kleiner Flächen ausgeglichen. Aus dem Rahmen fällt bei den Z9 allerdings der 13.2, das zweitkleinste Modell, für das erstaunlicherweise die geringsten Sprog-Winkel genannt werden.
Kehrt man die Argumentation oben um, so begnügt man sich bei großen Flächen mit weniger Nick-Stabilität, weil sie ein größeres Dämpfungsmoment erzeugen können. Nickdämpfung hat für die Flugsicherheit aber längst nicht die Bedeutung wie Nick-Stabilität. Und beide wirken auf ganz unterschiedliche Weise, so dass man das eine nicht durch das andere ausgleichen kann. Außerdem fallen auch die Störkräfte für kleine Flächen mit kleinen Massen geringer aus.
Gegen Beiwerte wird auch eingewandt, dass man dazu noch die Größe der Fläche und die Bezugsflügeltiefe genau ermitteln müsse. Diese Hürde ist m.E. aber durch ein einfaches Mess- und Rechenschema zu überwinden. Schließlich sollten diese Werte auch wichtige und verlässliche Angaben im Datenblatt sein.
Die Argumente der DHV-Prüfstelle gegen Beiwerte überzeugen mich daher nicht, auch wenn sich die Flächengrößen Flexibler meist zwischen 13 und 14 qm bewegen. Die Anerkennung der nach HGMA- und BHPA-Standards geprüften Geräte in Deutschland ist eine gute Gelegenheit, hier zu einer einheitlichen Auffassung zu kommen.
Möglicherweise ist die Ungleichbehandlung verschieden großer Geräte durch das Gütesiegel auch eine Quelle für das Absenken der Sprogs (in Wettkämpfen). Denn ein kleines Gerät mit Sprogs etwas unterhalb des Gütesiegels ist vmtl. noch genau so nick-stabil, wie ein großes Gerät mit der Gütesiegel-Einstellung. Da aber ohne Messwagen nicht festzustellen ist, bis wohin gefahrlos abgesenkt werden könnte, taugt das obige Argument nicht, ein Absenken der Sprogs kleiner Geräte zu rechtfertigen. Vor einem Absenken ist daher in jedem Fall zu warnen!
Ansonsten habe ich bei mir nur im 'Schlichting, Truckenbrodt: Aerodynamik des Flugzeugs, 2. Band, 1969' Nenneswertes zur Nickdämpfung gefunden, ein wenig auch im 1. Band, 1967.
Was meint Ihr?
Gruß, Bernhard
PS 26.5.2013 zu den gemachten Einwänden:
Wer die Bedeutung der Nick-Dämpfung aufwerten will, indem er versucht, die Notwendigkeit der Nick-Stabilität (statische Längsstabilität) herunter zu spielen, und behauptet, diese tauge nur für Schönwetterflüge (statische Verhältnisse), sei auch nur so 'populär', weil sie so leicht zu verstehen sei, und mit ausreichend Dämpfung ginge es auch fast ohne Nick-Stabilität, gefährdet nicht nur sich, sondern auch andere, und hat offensichtlich nicht verstanden, wie Nick-Stabilität entsteht, so dass sie zwingend zur Fliegerei gehört. Leider wird immer noch von vielen die Wirkung der Nick-Stabilität für Dämpfung gehalten bzw. als solche bezeichnet, z.B. bei der Wirkung einer Heckflosse, vmtl. weil uns Dämpfung aus dem Alltag geläufiger ist, z.B. bei gefederten Autos.
Aber nur Nick-Stabilität führt aus jeder Flugsituation, auch aus dem Tuck, in den statischen Gleitflug zurück. Der Pilot muss sich jedoch stets mit seinem Schwerpunkt weit genug vorne halten (können), so dass die Bedingung für Nick-Stabilität erfüllt bleibt.
Nick-Dämpfung spielt dabei lediglich bzw. immerhin eine unterstützende Rolle. Der Tuck verläuft durch Dämpfung langsamer, vielleicht 1/10 Sekunde, und bei ausreichender Nick-Stabilität kann man vielleicht schon vor oder nach dem ersten Überschlag in den Gleitflug zurückkehren. Es ginge aber auch ohne jede Dämpfung. Ohne Nick-Stabilität, also ohne einen weit genug vorne liegenden Schwerpunkt (Piloten), kommt es dagegen bei der kleinsten Störung sofort zum Überschlag, der sich dann laufend fortsetzt. Nick-Dämpfung bewirkt dann lediglich, dass die Überschläge etwas langsamer verlaufen.
Mehr zum Tuck unter http://www.gleitschirmdrachenforum.d...matik-Abhilfen.
- soweit einverstanden, verehrte Diskutanten.
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