Eigenschaften eines Flugzeugs - Characteristics of an Airplane
Jedes Flugzeug handhabt sich etwas anders, da jedes auf seine eigene Weise Steuerdrücken widersteht oder darauf reagiert. Beispielsweise reagiert ein Trainingsflugzeug schnell auf Steueranwendungen, während sich ein Transportflugzeug schwer auf der Steuerung anfühlt und langsamer auf Steuerdrücke reagiert. Diese Merkmale können in ein Flugzeug eingebaut werden, um den besonderen Zweck des Flugzeugs zu erleichtern, indem bestimmte Stabilitäts- und Manövrieranforderungen berücksichtigt werden. Die folgende Diskussion fasst die wichtigeren Aspekte der Stabilität, Manövrierfähigkeit und Steuerbarkeit eines Flugzeugs zusammen; wie sie analysiert werden; und ihre Beziehung zu verschiedenen Flugbedingungen.
Stabilität
Stabilität ist die inhärente Eigenschaft eines Flugzeugs, Bedingungen zu korrigieren, die sein Gleichgewicht stören könnten, und zur ursprünglichen Flugbahn zurückzukehren oder diese fortzusetzen. Es ist in erster Linie ein Flugzeugkonstruktionsmerkmal. Die Flugwege und Lagen, die ein Flugzeug fliegt, sind durch die aerodynamischen Eigenschaften des Flugzeugs, sein Antriebssystem und seine strukturelle Stärke begrenzt. Diese Einschränkungen geben die maximale Leistung und Manövrierfähigkeit des Flugzeugs an. Wenn das Flugzeug maximalen Nutzen bieten soll, muss es im vollen Umfang dieser Grenzen sicher steuerbar sein, ohne die Kraft des Piloten zu überschreiten oder außergewöhnliche Flugfähigkeiten zu erfordern. Wenn ein Flugzeug auf einer beliebigen Flugbahn gerade und ruhig fliegen soll, müssen die auf es einwirkenden Kräfte im statischen Gleichgewicht sein. Die Reaktion eines Körpers auf eine Störung seines Gleichgewichts wird als Stabilität bezeichnet. Die zwei Arten der Stabilität sind statisch und dynamisch.
Statische Stabilität
Statische Stabilität bezieht sich auf die anfängliche Tendenz oder Bewegungsrichtung zurück zum Gleichgewicht. In der Luftfahrt bezieht es sich auf die anfängliche Reaktion des Flugzeugs, wenn es durch eine bestimmte Neigung, ein Gieren oder eine Neigung gestört wird.
• Positive statische Stabilität – die anfängliche Tendenz des Flugzeugs, nach einer Störung in den ursprünglichen Gleichgewichtszustand zurückzukehren.
• Neutrale statische Stabilität – die anfängliche Tendenz des Flugzeugs, in einem neuen Zustand zu bleiben, nachdem sein Gleichgewicht gestört wurde.
• Negative statische Stabilität – die anfängliche Tendenz des Flugzeugs, sich nach einer Störung weiterhin vom ursprünglichen Gleichgewichtszustand zu entfernen.
Dynamische Stabilität
Statische Stabilität wurde als die anfängliche Tendenz zur Rückkehr ins Gleichgewicht definiert, die das Flugzeug zeigt, nachdem es aus seinem getrimmten Zustand gestört wurde. Gelegentlich unterscheidet sich die Anfangstendenz von der Gesamttendenz oder ist ihr entgegengesetzt, sodass zwischen beiden unterschieden werden muss. Dynamische Stabilität bezieht sich auf die Reaktion des Flugzeugs im Laufe der Zeit, wenn es durch eine bestimmte Nick-, Gier- oder Querneigung gestört wird. Diese Art von Stabilität hat auch drei Untertypen:
• Positive dynamische Stabilität – im Laufe der Zeit nimmt die Amplitude der Bewegung des verschobenen Objekts ab, und da sie positiv ist, kehrt das verschobene Objekt in den Gleichgewichtszustand zurück.
• Neutrale dynamische Stabilität – einmal verschoben, nimmt die Amplitude des verschobenen Objekts weder ab noch zu. Ein verschlissener Autostoßdämpfer zeigt diese Tendenz.
• Negative dynamische Stabilität – im Laufe der Zeit nimmt die Bewegung des verschobenen Objekts zu und wird divergierender.
Die Stabilität in einem Flugzeug wirkt sich maßgeblich auf zwei Bereiche aus:
• Manövrierfähigkeit – die Qualität eines Flugzeugs, die es ermöglicht, es leicht zu manövrieren und den durch Manöver verursachten Belastungen standzuhalten. Es wird durch das Gewicht, die Trägheit, die Größe und den Ort der Flugsteuerung, die strukturelle Stärke und das Triebwerk des Flugzeugs bestimmt. Auch dies ist ein Konstruktionsmerkmal des Flugzeugs.
• Steuerbarkeit – die Fähigkeit eines Flugzeugs, auf die Steuerung des Piloten zu reagieren, insbesondere im Hinblick auf Flugbahn und Fluglage. Es ist die Qualität der Reaktion des Flugzeugs auf die Steueranwendung des Piloten beim Manövrieren des Flugzeugs, unabhängig von seinen Stabilitätseigenschaften.
Längsstabilität (Pitching)
Bei der Konstruktion eines Flugzeugs wird viel Aufwand darauf verwendet, das gewünschte Maß an Stabilität um alle drei Achsen herum zu entwickeln. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Längsstabilität um die Querachse am stärksten von bestimmten Variablen in verschiedenen Flugbedingungen beeinflusst wird.
Längsstabilität ist die Eigenschaft, die ein Flugzeug stabil um seine Querachse macht. Es beinhaltet die Nickbewegung, wenn sich die Nase des Flugzeugs im Flug auf und ab bewegt. Ein in Längsrichtung instabiles Flugzeug neigt dazu, fortschreitend in einen sehr steilen Sturzflug oder Steigflug oder sogar in einen Strömungsabriss zu tauchen oder zu steigen. Somit wird es schwierig und manchmal gefährlich, ein Flugzeug mit Längsinstabilität zu fliegen.
Statische Längsstabilität oder Instabilität in einem Flugzeug hängt von drei Faktoren ab:
1. Lage des Flügels in Bezug auf den Schwerpunkt
2. Lage der horizontalen Leitwerksflächen in Bezug auf den Schwerpunkt
3. Fläche oder Größe der Leitwerke
Bei der Stabilitätsanalyse ist daran zu erinnern, dass sich ein frei drehbarer Körper immer um seinen Schwerpunkt dreht.
Um eine statische Längsstabilität zu erhalten, muss das Verhältnis der Flügel- und Heckmomente so sein, dass, wenn die Momente anfänglich ausgeglichen sind und das Flugzeug plötzlich mit der Nase nach oben geht, sich die Flügel- und Heckmomente so ändern, dass die Summe ihrer Kräfte ein Ungleichgewicht ergibt sondern ein wiederherstellendes Moment, das wiederum die Nase wieder nach unten bringt. Wenn sich das Flugzeug mit der Nase nach unten befindet, bringt die resultierende Änderung der Momente die Nase in ähnlicher Weise wieder nach oben.
Das Auftriebszentrum (CL) in den meisten asymmetrischen Flügeln hat die Tendenz, seine vorderen und hinteren Positionen mit einer Änderung des AOA zu ändern. Der CL neigt dazu, sich bei einer Zunahme des AOA nach vorne zu bewegen und bei einer Abnahme des AOA nach hinten zu bewegen. Dies bedeutet, dass, wenn der AOA eines Tragflügels erhöht wird, der CL dazu neigt, die Vorderkante des Flügels noch mehr anzuheben, indem er sich nach vorne bewegt. Diese Tendenz verleiht dem Flügel eine inhärente Qualität der Instabilität. (HINWEIS: CL wird auch als Druckzentrum (CP) bezeichnet.)
Abbildung zeigt ein Flugzeug im Geradeausflug. Die Linie CG-CL-T repräsentiert die Längsachse des Flugzeugs vom Schwerpunkt bis zu einem Punkt T auf dem horizontalen Stabilisator.
Die meisten Flugzeuge sind so konstruiert, dass sich der CL des Flügels hinter dem Schwerpunkt befindet. Dies macht das Flugzeug „nasenlastig“ und erfordert eine leichte nach unten gerichtete Kraft auf den horizontalen Stabilisator, um das Flugzeug auszugleichen und die Nase davon abzuhalten, sich kontinuierlich nach unten zu neigen. Ein Ausgleich für diese Schwere der Nase wird bereitgestellt, indem der horizontale Stabilisator auf einen leicht negativen AOA eingestellt wird. Die so erzeugte Abwärtskraft hält das Heck unten und gleicht die „schwere“ Nase aus. Es ist, als wäre die Linie CG-CL-T ein Hebel mit einer nach oben gerichteten Kraft bei CL und zwei nach unten gerichteten Kräften, die sich gegenseitig ausgleichen, eine starke Kraft am CG-Punkt und die andere mit einer viel geringeren Kraft am Punkt T (nach unten Luftdruck am Stabilisator). Um dieses physikalische Prinzip besser zu veranschaulichen: Wenn am Punkt CL eine Eisenstange aufgehängt wäre, an der im Schwerpunkt ein schweres Gewicht hängt,
Obwohl der horizontale Stabilisator waagerecht sein kann, wenn sich das Flugzeug im Horizontalflug befindet, gibt es einen Luftstrom von den Flügeln. Dieser Abwind trifft auf die Oberseite des Stabilisators und erzeugt einen Abwärtsdruck, der bei einer bestimmten Geschwindigkeit gerade ausreicht, um den „Hebel“ auszugleichen. Je schneller das Flugzeug fliegt, desto größer ist dieser Abwind und desto größer ist die nach unten gerichtete Kraft auf das Höhenleitwerk (außer T-Leitwerke). Bei Flugzeugen mit feststehenden horizontalen Stabilisatoren stellt der Flugzeughersteller den Stabilisator in einem Winkel ein, der die beste Stabilität (oder Balance) während des Fluges bei der vorgesehenen Reisegeschwindigkeit und Leistungseinstellung bietet.
Wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs abnimmt, wird die Geschwindigkeit des Luftstroms über den Flügel verringert. Als Ergebnis dieses verringerten Luftstroms über den Flügel wird der Abwind verringert, was eine geringere Abwärtskraft auf das horizontale Stabilisator bewirkt. Im Gegenzug wird die charakteristische Schwere der Nase betont, was dazu führt, dass sich die Nase des Flugzeugs stärker nach unten neigt. Dadurch wird das Flugzeug in eine niedrige Fluglage gebracht, wodurch die AOA und der Luftwiderstand des Flügels verringert und eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit ermöglicht werden. Wenn das Flugzeug weiterhin in der naseniedrigen Fluglage bleibt und seine Geschwindigkeit zunimmt, wird die nach unten gerichtete Kraft auf den horizontalen Stabilisator noch einmal erhöht. Dadurch wird das Heck wieder nach unten gedrückt und die Nose steigt in eine Kletterhaltung.
Wenn dieser Aufstieg fortgesetzt wird, nimmt die Fluggeschwindigkeit wieder ab, wodurch die Abwärtskraft auf das Heck abnimmt, bis sich die Nase erneut senkt. Da das Flugzeug dynamisch stabil ist, senkt sich die Nase dieses Mal nicht so weit wie zuvor. Das Flugzeug erlangt in diesem allmählicheren Tauchgang genug Geschwindigkeit, um es in einen weiteren Steigflug zu starten, aber der Steigflug ist nicht so steil wie der vorhergehende.
Nach mehreren dieser abnehmenden Schwingungen, bei denen sich die Nase abwechselnd hebt und senkt, pendelt sich das Flugzeug schließlich auf eine Geschwindigkeit ein, bei der die nach unten gerichtete Kraft am Heck der Neigung des Flugzeugs zum Tauchen genau entgegenwirkt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, befindet sich das Flugzeug wieder im Gleichgewichtsflug und fährt im stabilisierten Flug fort, solange diese Fluglage und Fluggeschwindigkeit nicht geändert werden.
Ein ähnlicher Effekt wird beim Schließen der Drosselklappe festgestellt. Der Abwind der Flügel wird reduziert und die Kraft bei T in Abbildung reicht nicht aus, um das Höhenleitwerk unten zu halten. Es scheint, als würde die Kraft bei T am Hebel der Schwerkraft erlauben, die Nase nach unten zu ziehen. Dies ist eine wünschenswerte Eigenschaft, da das Flugzeug von Natur aus versucht, die Fluggeschwindigkeit wiederzugewinnen und das richtige Gleichgewicht wiederherzustellen.
Kraft oder Schub können auch eine destabilisierende Wirkung haben, da eine Erhöhung der Kraft dazu führen kann, dass sich die Nase hebt. Der Flugzeugkonstrukteur kann dies ausgleichen, indem er eine „hohe Schublinie“ festlegt, bei der die Schublinie über dem Schwerpunkt verläuft. In diesem Fall wird bei Erhöhung der Leistung oder des Schubs ein Moment erzeugt, um der Abwärtslast auf das Heck entgegenzuwirken. Andererseits würde eine sehr „niedrige Schublinie“ dazu neigen, den Nose-up-Effekt der horizontalen Leitwerksfläche zu verstärken. Fazit: Mit Schwerpunkt vor dem CL und einer aerodynamischen Heckkraft versucht das Flugzeug normalerweise, in eine sichere Fluglage zurückzukehren.
Das Folgende ist eine einfache Demonstration der Längsstabilität. Trimmen Sie das Flugzeug für eine „hands off“-Steuerung im Horizontalflug. Drücken Sie dann kurz auf die Bedienelemente, um das Flugzeug nach unten zu steuern. Hebt sich die Nase innerhalb kurzer Zeit in Richtung der Ausgangsposition, ist das Flugzeug statisch stabil. Normalerweise passiert die Nase die ursprüngliche Position (die des Horizontalflugs) und es folgt eine Reihe langsamer Nickschwingungen. Wenn die Schwingungen allmählich aufhören, hat das Flugzeug positive Stabilität; wenn sie sich ungleichmäßig fortsetzen, hat das Flugzeug neutrale Stabilität; nehmen sie zu, ist das Flugzeug instabil.
Seitenstabilität (Rollen)
Die Stabilität um die Längsachse des Flugzeugs, die sich von der Nase des Flugzeugs bis zum Heck erstreckt, wird als Seitenstabilität bezeichnet. Positive seitliche Stabilität hilft, den seitlichen oder „Rolleffekt“ zu stabilisieren, wenn ein Flügel niedriger wird als der Flügel auf der gegenüberliegenden Seite des Flugzeugs. Es gibt vier Hauptdesignfaktoren, die ein Flugzeug seitlich stabil machen: Dieder, Sweepback, Kieleffekt und Gewichtsverteilung.
Dieder
Einige Flugzeuge sind so konstruiert, dass die äußeren Spitzen der Flügel höher sind als die Flügelwurzeln. Der so durch die Flügel gebildete Aufwärtswinkel wird Dieder genannt. Wenn eine Böe eine Rolle verursacht, führt dies zu einem Seitenschlupf. Dieser Seitenschlupf bewirkt, dass der relative Wind, der das gesamte Flugzeug beeinflusst, aus der Richtung des Schlupfes kommt. Kommt der Fahrtwind von der Seite, erfährt der in den Wind rutschende Flügel eine Erhöhung der AOA und entwickelt eine Erhöhung des Auftriebs. Der vom Wind abgewandte Flügel unterliegt einer Verringerung des Anstellwinkels und entwickelt eine Verringerung des Auftriebs. Die Änderungen des Auftriebs bewirken ein Rollmoment, das dazu neigt, den luvseitigen Flügel anzuheben, wodurch die Dieder aufgrund des Seitenschlupfes zu einem stabilen Rollen beiträgt.
Sweepback und Flügelposition
Viele Aspekte der Konfiguration eines Flugzeugs können sich auf seine effektive Dieder auswirken, aber zwei Hauptkomponenten sind die Flügelrückkehr und die Flügelposition in Bezug auf den Rumpf (z. B. ein niedriger Flügel oder ein hoher Flügel). Als grobe Schätzung liefern 10 ° Rückpfeilung auf einem Flügel etwa 1 ° effektive V-Form, während eine hohe Flügelkonfiguration etwa 5 ° effektive V-Form über einer niedrigen Flügelkonfiguration bereitstellen kann.
Ein Pfeilflügel ist einer, bei dem die Vorderkante nach hinten geneigt ist. Wenn eine Störung dazu führt, dass ein Flugzeug mit Sweepback einen Flügel abrutscht oder fallen lässt, präsentiert der niedrige Flügel seine Vorderkante in einem Winkel, der senkrechter zum relativen Luftstrom steht. Dadurch erhält der niedrige Flügel mehr Auftrieb, steigt an und das Flugzeug wird in seine ursprüngliche Fluglage zurückversetzt.
Kieleffekt und Gewichtsverteilung
Ein Hochdecker hat immer die Tendenz, die Längsachse des Flugzeugs in den Fahrtwind zu drehen, was oft als Kieleffekt bezeichnet wird. Diese Flugzeuge sind seitlich stabil, einfach weil die Tragflächen in einer hohen Position am Rumpf befestigt sind, wodurch sich der Rumpf wie ein Kiel verhält, der seitlich um die Längsachse einen stabilisierenden Einfluss auf das Flugzeug ausübt. Wenn ein Hochdecker gestört wird und ein Flügel eintaucht, wirkt das Rumpfgewicht wie ein Pendel, das das Flugzeug in die horizontale Ebene zurückbringt.
Seitenstabile Flugzeuge sind so konstruiert, dass der größte Teil der Kielfläche über dem Schwerpunkt liegt. Wenn das Flugzeug zu einer Seite rutscht, neigt die Kombination aus dem Gewicht des Flugzeugs und dem Druck des Luftstroms gegen den oberen Abschnitt des Kielbereichs (beide wirken um den Schwerpunkt herum) dazu, das Flugzeug zurück in den Flügelhöhenflug zu rollen.
Richtungsstabilität (Gieren)
Die Stabilität um die Hochachse des Flugzeugs (das seitliche Moment) wird als Gier- oder Richtungsstabilität bezeichnet. Gier- oder Richtungsstabilität ist die am einfachsten zu erreichende Stabilität im Flugzeugdesign. Der Bereich der vertikalen Finne und die Seiten des Rumpfes hinter dem Schwerpunkt sind die Hauptfaktoren, die dazu führen, dass das Flugzeug wie die bekannte Wetterfahne oder der Pfeil wirkt und seine Nase in den relativen Wind richtet.
Bei der Untersuchung einer Wetterfahne ist ersichtlich, dass, wenn vor dem Drehpunkt genau die gleiche Fläche dem Wind ausgesetzt wäre wie dahinter, die Kräfte nach vorne und hinten im Gleichgewicht wären und wenig oder keine Richtungsbewegung resultieren würde . Folglich ist es notwendig, hinter dem Drehpunkt eine größere Oberfläche als vor ihm zu haben.
In ähnlicher Weise muss der Flugzeugkonstrukteur eine positive Richtungsstabilität sicherstellen, indem er die Seitenfläche größer hinter als vor dem Schwerpunkt macht. Um eine zusätzliche positive Stabilität zu der durch den Rumpf bereitgestellten bereitzustellen, wird eine vertikale Flosse hinzugefügt. Die Flosse wirkt ähnlich wie die Feder auf einem Pfeil, um einen geraden Flug aufrechtzuerhalten. Wie die Wetterfahne und der Pfeil, je weiter achtern diese Flosse platziert ist und je größer ihre Größe ist, desto größer ist die Richtungsstabilität des Flugzeugs.
Wenn ein Flugzeug in einer geraden Linie fliegt und ein seitlicher Luftstoß dem Flugzeug eine leichte Drehung um seine vertikale Achse (dh nach rechts) verleiht, wird die Bewegung verzögert und durch die Flosse gestoppt, weil, während sich das Flugzeug nach rechts dreht rechts trifft die Luft schräg auf die linke Seite der Finne. Dies erzeugt Druck auf der linken Seite der Seitenflosse, die der Drehbewegung Widerstand entgegensetzt und das Gieren des Flugzeugs verlangsamt. Dabei wirkt er ähnlich wie die Wetterfahne, indem er das Flugzeug in den Fahrtwind dreht. Die anfängliche Richtungsänderung der Flugbahn des Flugzeugs liegt im Allgemeinen leicht hinter seiner Richtungsänderung. Daher gibt es nach einem leichten Gieren des Flugzeugs nach rechts einen kurzen Moment, in dem sich das Flugzeug noch auf seiner ursprünglichen Bahn bewegt, aber seine Längsachse leicht nach rechts zeigt.
Das Flugzeug rutscht dann kurzzeitig seitwärts und in diesem Moment (da davon ausgegangen wird, dass zwar die Gierbewegung beendet ist, der Überdruck auf der linken Seite des Seitenleitwerks aber noch anhält) besteht zwangsläufig eine Drehtendenz des Flugzeugs teilweise nach links zurück. Das heißt, es gibt eine vorübergehende Rückstelltendenz, die durch die Flosse verursacht wird.
Diese Wiederherstellungstendenz entwickelt sich relativ langsam und hört auf, wenn das Flugzeug aufhört zu schleudern. Wenn es aufhört, fliegt das Flugzeug in eine Richtung, die geringfügig von der ursprünglichen Richtung abweicht. Mit anderen Worten, es kehrt nicht von selbst zur ursprünglichen Überschrift zurück; Der Pilot muss den ursprünglichen Steuerkurs wiederherstellen.
Eine geringfügige Verbesserung der Richtungsstabilität kann durch Sweepback erreicht werden. Sweepback ist in das Design des Flügels eingebaut, um hauptsächlich das Einsetzen der Komprimierbarkeit während des Hochgeschwindigkeitsflugs zu verzögern. In leichteren und langsameren Flugzeugen hilft die Rückführung dabei, den Druckmittelpunkt in der richtigen Beziehung zum Schwerpunkt zu lokalisieren. Ein längsstabiles Flugzeug wird mit dem Druckmittelpunkt hinter dem Schwerpunkt gebaut.
Aus konstruktiven Gründen können Flugzeugkonstrukteure die Tragflächen manchmal nicht exakt an der gewünschten Stelle am Rumpf anbringen. Wenn sie die Flügel zu weit vorne und im rechten Winkel zum Rumpf montieren müssten, würde der Druckmittelpunkt nicht weit genug nach hinten liegen, um die gewünschte Längsstabilität zu erreichen. Durch den Einbau von Sweepback in die Tragflächen können die Konstrukteure das Druckzentrum jedoch nach hinten verlagern. Das Ausmaß des Rückschwungs und die Position der Flügel platzieren dann das Druckzentrum an der richtigen Stelle.
Wenn Turbulenzen oder Ruderbeaufschlagung dazu führen, dass das Flugzeug zu einer Seite giert, weist der gegenüberliegende Flügel eine längere Vorderkante senkrecht zum relativen Luftstrom auf. Die Fluggeschwindigkeit des vorderen Flügels nimmt zu und er erhält mehr Luftwiderstand als der hintere Flügel. Der zusätzliche Widerstand am vorderen Flügel zieht den Flügel zurück und dreht das Flugzeug zurück auf seine ursprüngliche Bahn.
Der Beitrag des Flügels zur statischen Richtungsstabilität ist meist gering. Der gepfeilte Flügel liefert einen stabilen Beitrag in Abhängigkeit von der Höhe der Pfeilung, aber der Beitrag ist im Vergleich zu anderen Komponenten relativ gering.
Freie Richtungsschwingungen (Dutch Roll)
Das Holländerrollen ist eine gekoppelte laterale/gerichtete Oszillation, die normalerweise dynamisch stabil ist, aber in einem Flugzeug wegen der oszillierenden Natur unsicher ist. Die Dämpfung des Schwingungsmodus kann abhängig von den Eigenschaften des jeweiligen Flugzeugs schwach oder stark sein.
Wenn das Flugzeug einen rechten Flügel nach unten gedrückt hat, korrigiert der positive Schiebewinkel den Flügel seitlich, bevor die Nase mit dem relativen Wind neu ausgerichtet wird. Wenn der Flügel die Position korrigiert, kann eine seitliche Richtungsschwingung auftreten, die dazu führt, dass die Nase des Flugzeugs aufgrund von zwei Schwingungen (Rollen und Gieren), die zwar ungefähr die gleiche Größe haben, aber aus sind, eine Acht am Horizont bildet der Phase miteinander.
In den meisten modernen Flugzeugen, mit Ausnahme von Hochgeschwindigkeits-Flügelkonstruktionen, erlöschen diese freien Richtungsschwingungen normalerweise automatisch in sehr wenigen Zyklen, es sei denn, die Luft ist weiterhin böig oder turbulent. Diejenigen Flugzeuge mit anhaltender niederländischer Rollneigung sind normalerweise mit kreiselstabilisierten Gierdämpfern ausgestattet. Die Hersteller versuchen, einen Mittelweg zwischen zu viel und zu wenig Richtungsstabilität zu erreichen. Da es für das Flugzeug wünschenswerter ist, eine „Spiralinstabilität“ als niederländische Rolltendenzen zu haben, sind die meisten Flugzeuge mit dieser Eigenschaft konstruiert.
Spiralinstabilität
Spiralinstabilität liegt vor, wenn die statische Richtungsstabilität des Flugzeugs sehr stark ist im Vergleich zu der Wirkung seiner V-Form bei der Aufrechterhaltung des seitlichen Gleichgewichts. Wenn das seitliche Gleichgewicht des Flugzeugs durch einen Luftstoß gestört wird und ein Seitenschlupf eingeführt wird, tendiert die starke Richtungsstabilität dazu, die Nase in den resultierenden relativen Wind zu gieren, während die vergleichsweise schwache Dieder beim Wiederherstellen des seitlichen Gleichgewichts verzögert. Aufgrund dieses Gierens bewegt sich der Flügel auf der Außenseite des Drehmoments schneller nach vorne als der Flügel auf der Innenseite und folglich wird sein Auftrieb größer. Dadurch entsteht eine Überneigungstendenz, die, wenn sie nicht vom Piloten korrigiert wird, dazu führt, dass der Querneigungswinkel immer steiler wird. Zur selben Zeit, Die starke Richtungsstabilität, die das Flugzeug in den relativen Wind giert, zwingt die Nase tatsächlich zu einer niedrigeren Nicklage. Es beginnt eine langsame Abwärtsspirale, die sich, wenn der Pilot nicht entgegenwirkt, allmählich zu einer steilen Steilspirale steigert. Normalerweise ist die Abweichungsrate in der Spiralbewegung so allmählich, dass der Pilot die Tendenz ohne Schwierigkeiten kontrollieren kann.
Viele Flugzeuge sind bis zu einem gewissen Grad von dieser Eigenschaft betroffen, obwohl sie in allen anderen normalen Parametern inhärent stabil sein können. Diese Tendenz erklärt, warum ein Flugzeug nicht unbegrenzt „hands off“ geflogen werden kann.
Viel Forschung wurde in die Entwicklung von Steuervorrichtungen (Wing Leveler) investiert, um diese Instabilität zu korrigieren oder zu beseitigen. Der Pilot muss bei der Anwendung von Erholungskontrollen während fortgeschrittener Stadien dieser Spiralbedingung vorsichtig sein, da sonst übermäßige Belastungen auf die Struktur ausgeübt werden können. Eine unsachgemäße Erholung von einer Spiralinstabilität, die zu Strukturversagen während des Fluges führt, hat wahrscheinlich zu mehr Todesfällen in Flugzeugen der allgemeinen Luftfahrt beigetragen als jeder andere Faktor. Da sich die Fluggeschwindigkeit im Spiralzustand schnell aufbaut, „verengt“ die Anwendung der Kraft des hinteren Höhenruders, um diese Geschwindigkeit zu reduzieren und die Nase nach oben zu ziehen, nur die Kurve, wodurch der Lastfaktor erhöht wird. Die Ergebnisse der verlängerten unkontrollierten Spirale sind strukturelles Versagen während des Fluges, Aufprall auf den Boden oder beides.
