Flugzeug: Stall - Airplane: Stall
Ein Flugzeugstillstand resultiert aus einer schnellen Abnahme des Auftriebs, die durch die Trennung des Luftstroms von der Oberfläche des Flügels verursacht wird, die durch Überschreiten des kritischen AOA verursacht wird. Ein Strömungsabriss kann bei jeder Nicklage oder Fluggeschwindigkeit auftreten. Strömungsabrisse sind einer der am meisten missverstandenen Bereiche der Aerodynamik, da Piloten oft glauben, dass ein Flügel keinen Auftrieb mehr erzeugt, wenn er abreißt. In einem Strömungsabriss hört der Flügel nicht vollständig auf, Auftrieb zu erzeugen. Vielmehr kann es keinen ausreichenden Auftrieb erzeugen, um einen Horizontalflug aufrechtzuerhalten.
Da der CL mit einer Zunahme des AOA ansteigt, erreicht der CL an einem bestimmten Punkt seinen Höhepunkt und beginnt dann abzufallen. Dieser Peak wird CL-MAX genannt. Die Auftriebsmenge, die der Flügel erzeugt, fällt nach Überschreiten des CL-MAX oder des kritischen AOA dramatisch ab, aber wie oben erwähnt, hört er nicht vollständig auf, Auftrieb zu erzeugen.
Bei den meisten Flugzeugen mit geradem Flügel ist der Flügel so konstruiert, dass er zuerst die Flügelwurzel abwürgt. Die Flügelwurzel erreicht zuerst ihre kritische AOA, wodurch der Strömungsabriss nach außen in Richtung der Flügelspitze fortschreitet. Indem die Flügelwurzel zuerst abgewürgt wird, wird die Querruderwirksamkeit an den Flügelspitzen aufrechterhalten, wodurch die Steuerbarkeit des Flugzeugs aufrechterhalten wird. Verschiedene Konstruktionsmethoden werden verwendet, um zuerst das Abreißen der Flügelwurzel zu erreichen. In einem Design wird der Flügel an der Flügelwurzel zu einem höheren AOA „verdreht“. Das Anbringen von Stallstreifen an den ersten 20–25 Prozent der Vorderkante des Flügels ist eine weitere Methode, um einen Stall vorzeitig einzuleiten.
Der Flügel hört nie vollständig auf, in einem abgewürgten Zustand Auftrieb zu erzeugen. Wenn dies der Fall wäre, würde das Flugzeug auf die Erde fallen. Die meisten Trainingsflugzeuge sind so konstruiert, dass die Nase des Flugzeugs während eines Strömungsabrisses abfällt, wodurch die AOA verringert und der Flügel „abgerissen“ wird. Die Tendenz nach unten ist darauf zurückzuführen, dass sich der CL hinter dem Schwerpunkt befindet. Der CG-Bereich ist sehr wichtig, wenn es um die Stall-Recovery-Eigenschaften geht. Wenn ein Flugzeug außerhalb des Schwerpunktbereichs betrieben werden darf, kann es für den Piloten schwierig sein, sich von einem Strömungsabriss zu erholen. Die kritischste CG-Verletzung tritt auf, wenn mit einem CG gearbeitet wird, der die hintere Grenze überschreitet. In dieser Situation ist ein Pilot möglicherweise nicht in der Lage, mit dem Höhenruder genügend Kraft zu erzeugen, um dem übermäßigen Gewicht hinter dem Schwerpunkt entgegenzuwirken. Ohne die Fähigkeit, die AOA zu verringern,
Die Stalling-Geschwindigkeit eines bestimmten Flugzeugs ist kein fester Wert für alle Flugsituationen, aber ein bestimmtes Flugzeug bleibt immer bei demselben AOA stehen, unabhängig von Fluggeschwindigkeit, Gewicht, Ladefaktor oder Dichtehöhe. Jedes Flugzeug hat einen bestimmten AOA, wo sich der Luftstrom von der oberen Oberfläche des Flügels trennt und der Strömungsabriss auftritt. Dieser kritische AOA variiert von etwa 16° bis 20°, je nach Konstruktion des Flugzeugs. Aber jedes Flugzeug hat nur einen spezifischen AOA, wo der Strömungsabriss auftritt.
Es gibt drei Flugsituationen, in denen die kritische AOA am häufigsten überschritten wird: Low Speed, High Speed und Turning.
Eine Möglichkeit, das Flugzeug im Geradeausflug abzuwürgen, indem es zu langsam fliegt. Wenn die Fluggeschwindigkeit abnimmt, muss der AOA erhöht werden, um den zum Beibehalten der Höhe erforderlichen Auftrieb beizubehalten. Je geringer die Fluggeschwindigkeit wird, desto mehr muss die AOA erhöht werden. Schließlich wird ein AOA erreicht, der dazu führt, dass der Flügel nicht genug Auftrieb erzeugt, um das Flugzeug zu tragen, das dann zu sinken beginnt. Wenn die Fluggeschwindigkeit weiter reduziert wird, bleibt das Flugzeug stehen, da der AOA den kritischen Winkel überschritten hat und der Luftstrom über den Flügel unterbrochen wird.
Eine niedrige Geschwindigkeit ist nicht erforderlich, um einen Strömungsabriss zu erzeugen. Der Flügel kann bei jeder Geschwindigkeit in einen übermäßigen AOA gebracht werden. Beispielsweise befindet sich ein Flugzeug in einem Sturzflug mit einer Fluggeschwindigkeit von 100 Knoten, wenn der Pilot die Höhenrudersteuerung scharf zurückzieht. Schwerkraft und Zentrifugalkraft verhindern eine sofortige Änderung der Flugbahn, aber die AOA des Flugzeugs ändert sich abrupt von ziemlich niedrig auf sehr hoch. Da die Flugbahn des Flugzeugs in Bezug auf die entgegenkommende Luft die Richtung des relativen Windes bestimmt, wird die AOA plötzlich erhöht, und das Flugzeug würde den Stalling-Winkel mit einer Geschwindigkeit erreichen, die viel größer ist als die normale Stalling-Geschwindigkeit.
Die Abwürgegeschwindigkeit eines Flugzeugs ist in einer ebenen Kurve auch höher als im Geradeausflug. Die Zentrifugalkraft wird zum Gewicht des Flugzeugs hinzugefügt, und der Flügel muss ausreichend zusätzlichen Auftrieb erzeugen, um die durch die Kombination aus Zentrifugalkraft und Gewicht auferlegte Last auszugleichen. Der notwendige zusätzliche Auftrieb wird wiederum durch Gegendruck auf die Höhenrudersteuerung erreicht. Dies erhöht die AOA des Flügels und führt zu erhöhtem Auftrieb. Die AOA muss mit zunehmender Querneigung zunehmen, um der zunehmenden Belastung durch die Zentrifugalkraft entgegenzuwirken. Wenn zu irgendeiner Zeit während einer Kurve der AOA übermäßig wird, bleibt das Flugzeug stehen.
An diesem Punkt sollte die Aktion des Flugzeugs während eines Strömungsabrisses untersucht werden. Um das Flugzeug aerodynamisch auszubalancieren, befindet sich der CL normalerweise hinter dem Schwerpunkt. Obwohl dies das Flugzeug von Natur aus kopflastig macht, wirkt der Abwind am horizontalen Stabilisator diesem Zustand entgegen. Am Punkt des Strömungsabrisses, wenn die Aufwärtskraft des Flügelauftriebs unter die für einen anhaltenden Flug erforderliche Kraft abnimmt und die Abwärtskraft des Hecks bis zu einem Punkt der Unwirksamkeit abnimmt oder bewirkt, dass sie eine Aufwärtskraft hat, liegt ein unausgeglichener Zustand vor. Dadurch neigt sich das Flugzeug abrupt nach unten und dreht sich um seinen Schwerpunkt. Während dieser Fluglage mit der Nase nach unten nimmt die AOA ab und die Fluggeschwindigkeit nimmt wieder zu. Der gleichmäßige Luftstrom über den Flügel beginnt wieder, der Auftrieb kehrt zurück und das Flugzeug beginnt wieder zu fliegen. Bevor dieser Zyklus abgeschlossen ist, kann beträchtliche Höhe verloren gehen.
Die Schaufelblattform und die Verschlechterung dieser Form müssen bei einer Diskussion über Strömungsabrisse ebenfalls berücksichtigt werden. Wenn sich beispielsweise Eis, Schnee und Reif auf der Oberfläche eines Flugzeugs ansammeln können, wird der gleichmäßige Luftstrom über den Flügel gestört. Dies bewirkt, dass sich die Grenzschicht bei einem AOA ablöst, der niedriger ist als der des kritischen Winkels. Der Auftrieb wird stark reduziert, was die erwartete Flugzeugleistung verändert. Wenn zugelassen wird, dass sich während des Fluges Eis auf dem Flugzeug ansammelt, wird das Gewicht des Flugzeugs erhöht, während die Fähigkeit, Auftrieb zu erzeugen, verringert wird. Bereits 0,8 Millimeter Eis auf der Flügeloberseite erhöhen den Luftwiderstand und verringern den Auftrieb des Flugzeugs um 25 Prozent.
Piloten können zu jeder Jahreszeit, überall im Land, in Höhen von bis zu 18.000 Fuß und manchmal höher auf Vereisung stoßen. Kleine Flugzeuge, einschließlich Pendlerflugzeuge, sind am anfälligsten, da sie in niedrigeren Höhen fliegen, wo Eis häufiger vorkommt. Ihnen fehlen auch bei Düsenflugzeugen übliche Mechanismen, die eine Eisbildung verhindern, indem sie die Vorderkanten der Tragflächen erhitzen.
Vereisung kann in Wolken immer dann auftreten, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt und sich unterkühlte Tröpfchen an einem Flugzeug ansammeln und gefrieren. (Unterkühlte Tröpfchen sind immer noch flüssig, obwohl die Temperatur unter 32 °Fahrenheit (F) oder 0 °Celsius (C) liegt.
