Flugzeug: Bodeneffekt - Airplane: Ground Effect
Seit Beginn des bemannten Fliegens haben Piloten erkannt, dass es sich kurz vor dem Aufsetzen plötzlich so anfühlt, als wolle das Flugzeug nicht tiefer sinken, sondern einfach weiter und weiter. Dies liegt an der Luft, die zwischen dem Flügel und der Landefläche eingeschlossen ist, als ob es ein Luftpolster gäbe. Dieses Phänomen wird als Bodeneffekt bezeichnet.
Wenn ein Flugzeug im Flug mehrere Fuß an die Oberfläche, den Boden oder das Wasser herankommt, tritt eine Änderung im dreidimensionalen Strömungsmuster um das Flugzeug herum auf, da die vertikale Komponente des Luftstroms um den Flügel herum durch die Oberfläche eingeschränkt wird. Dies verändert die Aufwind-, Abwind- und Flügelspitzenwirbel des Flügels. Der Bodeneffekt ist dann auf die Interferenz der Boden- (oder Wasser-) Oberfläche mit den Luftströmungsmustern um das Flugzeug im Flug zurückzuführen. Während die aerodynamischen Eigenschaften der Leitwerke und des Rumpfes durch den Bodeneffekt verändert werden, sind die Haupteffekte aufgrund der Bodennähe die Änderungen der aerodynamischen Eigenschaften des Flügels. Wenn der Flügel auf den Bodeneffekt trifft und auf einem konstanten AOA gehalten wird, gibt es eine konsequente Verringerung der Aufwind-, Abwind- und Flügelspitzenwirbel.
Der induzierte Widerstand ist ein Ergebnis der Arbeit des Tragflügels, das Flugzeug zu halten, und ein Flügel oder Rotor hebt das Flugzeug an, indem er einfach eine Luftmasse nach unten beschleunigt. Es ist wahr, dass ein reduzierter Druck auf einem Tragflügel zum Anheben unerlässlich ist, aber das ist nur einer der Faktoren, die zum Gesamteffekt beitragen, eine Luftmasse nach unten zu drücken. Je mehr Abwind vorhanden ist, desto stärker drückt der Flügel die Luftmasse nach unten. Bei großen Anstellwinkeln ist der induzierte Luftwiderstand hoch; da dies niedrigeren Fluggeschwindigkeiten im tatsächlichen Flug entspricht, kann gesagt werden, dass der induzierte Widerstand bei niedriger Geschwindigkeit überwiegt. Die Verringerung der Flügelspitzenwirbel aufgrund des Bodeneffekts ändert jedoch die Auftriebsverteilung in Spannweitenrichtung und verringert die induzierte AOA und den induzierten Luftwiderstand. Daher benötigt der Flügel einen geringeren AOA im Bodeneffekt, um den gleichen CL zu erzeugen.
Der Bodeneffekt verändert auch den erforderlichen Schub gegenüber der Geschwindigkeit. Da der induzierte Widerstand bei niedrigen Geschwindigkeiten vorherrscht, bewirkt die Verringerung des induzierten Widerstands aufgrund des Bodeneffekts eine signifikante Verringerung des erforderlichen Schubs (Parasit plus induzierter Widerstand) bei niedrigen Geschwindigkeiten. Aufgrund der Änderung von Aufwind, Abwind und Flügelspitzenwirbeln kann es zu einem Positionsänderungsfehler (Installationsfehler) des Fluggeschwindigkeitssystems im Zusammenhang mit dem Bodeneffekt kommen. In den meisten Fällen führt der Bodeneffekt zu einer Erhöhung des lokalen Drucks an der statischen Quelle und zu einer geringeren Anzeige von Fluggeschwindigkeit und Höhe. Somit kann ein Flugzeug mit einer angezeigten Fluggeschwindigkeit in der Luft sein, die geringer ist als die normalerweise erforderliche.
Damit der Bodeneffekt eine signifikante Größe hat, muss der Flügel ziemlich nahe am Boden sein. Eines der direkten Ergebnisse des Bodeneffekts ist die Variation des induzierten Widerstands mit der Flügelhöhe über dem Boden bei einem konstanten CL. Wenn sich der Flügel in einer Höhe befindet, die seiner Spannweite entspricht, beträgt die Verringerung des induzierten Widerstands nur 1,4 Prozent. Wenn sich der Flügel jedoch auf einer Höhe von einem Viertel seiner Spannweite befindet, beträgt die Verringerung des induzierten Widerstands 23,5 Prozent, und wenn sich der Flügel auf einer Höhe von einem Zehntel seiner Spannweite befindet, beträgt die Verringerung des induzierten Widerstands 47,6 Prozent . Somit findet eine große Verringerung des induzierten Widerstands nur dann statt, wenn der Flügel sehr nahe am Boden ist. Aufgrund dieser Variation wird der Bodeneffekt am häufigsten während des Abhebens zum Abheben oder kurz vor dem Aufsetzen bei der Landung erkannt.
Während der Startphase des Fluges erzeugt der Bodeneffekt einige wichtige Beziehungen. Ein Flugzeug, das nach dem Start den Bodeneffekt verlässt, trifft genau auf die Rückseite eines Flugzeugs, das während der Landung in den Bodeneffekt eintritt. Das Flugzeug, das den Bodeneffekt verlässt, wird:
• Erfordern eine Erhöhung des AOA, um den gleichen CL aufrechtzuerhalten
• Erleben Sie eine Erhöhung des induzierten Widerstands und des erforderlichen Schubs
• Erleben Sie eine Abnahme der Stabilität und eine Änderung des Moments nach oben
• Erleben Sie eine Verringerung des statischen Quellendrucks und eine Erhöhung der angezeigten Fluggeschwindigkeit
Bei Starts und Landungen muss der Bodeneffekt berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise ein Pilot die Beziehung zwischen dem Flugzeug und dem Bodeneffekt während des Starts nicht versteht, ist eine gefährliche Situation möglich, da die empfohlene Startgeschwindigkeit möglicherweise nicht erreicht wird. Aufgrund des geringeren Luftwiderstands im Bodeneffekt scheint das Flugzeug in der Lage zu sein, weit unterhalb der empfohlenen Geschwindigkeit zu starten. Wenn das Flugzeug mit einem Geschwindigkeitsmangel aus dem Bodeneffekt aufsteigt, kann der größere induzierte Luftwiderstand zu einer marginalen Anfangssteigleistung führen. Unter extremen Bedingungen, wie z. B. hohem Bruttogewicht, hoher Dichtehöhe und hoher Temperatur, kann ein Mangel an Fluggeschwindigkeit während des Starts zulassen, dass das Flugzeug in die Luft geht, aber nicht in der Lage ist, den Flug außerhalb des Bodeneffekts aufrechtzuerhalten. In diesem Fall,
Ein Pilot sollte nicht versuchen, ein Flugzeug mit zu geringer Geschwindigkeit zum Abheben zu zwingen. Die vom Hersteller empfohlene Startgeschwindigkeit ist erforderlich, um eine angemessene Anfangssteigleistung zu bieten. Es ist auch wichtig, dass ein bestimmter Steigflug hergestellt wird, bevor ein Pilot das Fahrwerk oder die Landeklappen einfährt. Fahren Sie niemals das Fahrwerk oder die Landeklappen ein, bevor Sie eine positive Steiggeschwindigkeit erreicht haben, und erst nachdem Sie eine sichere Höhe erreicht haben.
Wenn das Flugzeug während der Landephase des Flugs mit einem konstanten AOA in den Bodeneffekt gebracht wird, erfährt das Flugzeug eine Erhöhung des CL und eine Verringerung des erforderlichen Schubs, und es kann ein „Schwebeeffekt“ auftreten. Aufgrund des reduzierten Luftwiderstands und des Fehlens einer Abschaltverzögerung im Bodeneffekt kann jede überhöhte Geschwindigkeit am Punkt des Aufflackerns zu einer beträchtlichen „Schwimm“-Distanz führen. Wenn sich das Flugzeug dem Aufsetzpunkt nähert, wird der Bodeneffekt am stärksten in Höhen realisiert, die kleiner als die Flügelspannweite sind. Während der letzten Phasen des Anflugs, wenn sich das Flugzeug dem Boden nähert, ist eine Reduzierung der Leistung erforderlich, um die durch den Bodeneffekt verursachte Erhöhung des Auftriebs auszugleichen, da das Flugzeug sonst dazu neigt, über den gewünschten Gleitpfad (GP) zu steigen.
