Luftfahrt: Leistungsdaten

Es muss betont werden, dass die Angaben und Daten der Hersteller im AFM/POH nicht standardisiert sind. Einige stellen die Daten in tabellarischer Form bereit, während andere Diagramme verwenden. Außerdem können die Leistungsdaten auf der Basis von Standardatmosphärenbedingungen, Druckhöhe oder Dichtehöhe dargestellt werden. Die Leistungsinformationen im AFM/POH haben wenig oder keinen Wert, es sei denn, der Benutzer erkennt diese Variationen und nimmt die notwendigen Anpassungen vor.

Um die Fähigkeiten und Grenzen des Flugzeugs praktisch nutzen zu können, ist es wichtig, die Bedeutung der Betriebsdaten zu verstehen. Der Pilot muss sich der Grundlage für die Leistungsdaten sowie der Bedeutung der verschiedenen Begriffe bewusst sein, die zum Ausdrücken von Leistungsfähigkeiten und -beschränkungen verwendet werden. 

Da die Eigenschaften der Atmosphäre einen großen Einfluss auf die Leistung haben, müssen zwei dominante Faktoren überprüft werden – Druck und Temperatur. 

Leistung 

Leistung ist ein Begriff, der verwendet wird, um die Fähigkeit eines Flugzeugs zu beschreiben, bestimmte Dinge zu erreichen, die es für bestimmte Zwecke nützlich machen. Beispielsweise ist die Fähigkeit eines Flugzeugs, in einer sehr kurzen Entfernung zu landen und zu starten, ein wichtiger Faktor für den Piloten, der auf kurzen, nicht ausgebauten Flugplätzen ein- und ausfliegt. Die Fähigkeit, schwere Lasten zu tragen, in großen Höhen mit hoher Geschwindigkeit zu fliegen und/oder lange Strecken zurückzulegen, ist für die Leistung von Flugzeugen des Linien- und Führungstyps wesentlich.

Die Hauptfaktoren, die am stärksten von der Leistung beeinflusst werden, sind die Start- und Landestrecke, die Steiggeschwindigkeit, die Decke, die Nutzlast, die Reichweite, die Geschwindigkeit, die Manövrierfähigkeit, die Stabilität und der Kraftstoffverbrauch. Einige dieser Faktoren stehen oft in direktem Gegensatz zueinander: zum Beispiel hohe Geschwindigkeit gegenüber kurzer Landestrecke, große Reichweite gegenüber großer Nutzlast und hohe Steiggeschwindigkeit gegenüber Kraftstoffeinsparung. Es ist die Vorrangstellung eines oder mehrerer dieser Faktoren, die Unterschiede zwischen Flugzeugen diktiert und den hohen Spezialisierungsgrad erklärt, der in modernen Flugzeugen zu finden ist.

Die verschiedenen Flugzeugleistungen resultieren aus der Kombination von Flugzeug- und Triebwerkseigenschaften. Die aerodynamischen Eigenschaften des Flugzeugs definieren im Allgemeinen die Leistungs- und Schubanforderungen bei verschiedenen Flugbedingungen, während Triebwerkseigenschaften im Allgemeinen die Leistung und den Schub definieren, die bei verschiedenen Flugbedingungen verfügbar sind. Die Anpassung der aerodynamischen Konfiguration an das Triebwerk wird vom Hersteller durchgeführt, um maximale Leistung unter den spezifischen Konstruktionsbedingungen (z. B. Reichweite, Ausdauer und Steigflug) bereitzustellen.  

Geradeausflug 

Alle Hauptkomponenten der Flugleistung umfassen stationäre Flugbedingungen und das Gleichgewicht des Flugzeugs. Damit das Flugzeug in einem stabilen, waagerechten Flug bleibt, muss ein Gleichgewicht durch einen Auftrieb gleich dem Flugzeuggewicht und einen Triebwerksschub gleich dem Luftwiderstand des Flugzeugs erreicht werden. Somit definiert der Luftwiderstand des Flugzeugs den Schub, der erforderlich ist, um einen stabilen, waagerechten Flug aufrechtzuerhalten. 

Während bei hoher Geschwindigkeit der parasitäre Widerstand überwiegt, überwiegt bei niedriger Geschwindigkeit der induzierte Widerstand. Wenn beispielsweise ein Flugzeug in einem stabilen Flugzustand bei 100 Knoten dann auf 200 Knoten beschleunigt wird, wird der parasitäre Widerstand viermal so groß, aber die zur Überwindung dieses Widerstands erforderliche Leistung ist achtmal so groß wie der ursprüngliche Wert. Umgekehrt, wenn das Flugzeug im stabilen Horizontalflug mit doppelt so hoher Geschwindigkeit betrieben wird, beträgt der induzierte Widerstand ein Viertel des ursprünglichen Werts, und die zur Überwindung dieses Widerstands erforderliche Leistung beträgt nur die Hälfte des ursprünglichen Werts.

Wenn sich ein Flugzeug in einem stabilen Horizontalflug befindet, muss der Zustand des Gleichgewichts herrschen. Der unbeschleunigte Flugzustand wird erreicht, wenn das Flugzeug auf Auftrieb getrimmt ist, der dem Gewicht entspricht, und das Triebwerk auf einen Schub eingestellt ist, der dem Luftwiderstand des Flugzeugs entspricht.

Die maximale Horizontalfluggeschwindigkeit für das Flugzeug wird erreicht, wenn die erforderliche Leistung oder Schubkraft gleich der maximalen Leistung oder Schubkraft ist, die von der Triebwerksanlage verfügbar ist. Die minimale Fluggeschwindigkeit ist normalerweise nicht durch Schub- oder Leistungsanforderungen definiert, da Stall- oder Stabilitäts- und Steuerprobleme im Allgemeinen vorherrschen.  

Steigleistung 

Wenn sich ein Flugzeug bewegen, fliegen und Leistung erbringen soll, muss Arbeit darauf einwirken. Arbeit beinhaltet Kraft, das Flugzeug zu bewegen. Das Flugzeug erhält mechanische Energie, wenn es sich bewegt. Mechanische Energie kommt in zwei Formen vor: (1) Kinetische Energie (KE), die Energie der Geschwindigkeit; (2) Potenzielle Energie (PE), die gespeicherte Energie der Position.

Die Flugzeugbewegung (KE) wird durch ihre Geschwindigkeit (Fluggeschwindigkeit) beschrieben. Die Flugzeugposition (PE) wird durch ihre Höhe (Altitude) beschrieben. Sowohl KE als auch PE sind direkt proportional zur Masse des Objekts. KE ist direkt proportional zum Quadrat der Objektgeschwindigkeit (Fluggeschwindigkeit). PE ist direkt proportional zur Höhe (Höhe) des Objekts. Die folgenden Formeln fassen diese Energiebeziehungen zusammen:

KE = ½ × m × v²

m = Objektmasse 

v = Objektgeschwindigkeit  

PE = m × g × h

m = Objektmasse 

g = Schwerefeldstärke 

h = Objekthöhe

Wir verwenden die Begriffe „Kraft“ und „Schub“ manchmal synonym, wenn wir über die Steigleistung sprechen. Dies impliziert fälschlicherweise, dass die Begriffe synonym sind. Es ist wichtig, zwischen diesen Begriffen zu unterscheiden. Schub ist eine Kraft oder ein Druck, der auf ein Objekt ausgeübt wird. Der Schub wird in Pfund (lb) oder Newton (N) gemessen. Die Leistung hingegen ist ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der Arbeit verrichtet oder Energie übertragen wird (KE und PE). Die Leistung wird normalerweise in Pferdestärken (PS) oder Kilowatt (kw) gemessen. Wir können uns Kraft als die Bewegung (KE und PE) vorstellen, die eine Kraft (Schub) erzeugt, wenn sie über einen bestimmten Zeitraum auf ein Objekt ausgeübt wird.

Eine positive Steigleistung tritt auf, wenn ein Flugzeug durch zunehmende Höhe an PE gewinnt. Zwei grundlegende Faktoren oder eine Kombination der beiden Faktoren tragen bei den meisten Flugzeugen zu einer positiven Steigleistung bei: 

1. Das Flugzeug steigt (erhält PE), indem es überschüssige Leistung verwendet, die über der zur Aufrechterhaltung des Horizontalflugs erforderlichen Leistung liegt, oder 

2. Das Flugzeug steigt, indem es die Fluggeschwindigkeit (KE) in die Höhe (PE) umwandelt.

Als Beispiel für den obigen Faktor 1 verbraucht ein Flugzeug mit einem Motor, der 200 PS (in einer bestimmten Höhe) leisten kann, nur 130 PS, um in dieser Höhe einen Horizontalflug aufrechtzuerhalten. Damit stehen 70 Pferdestärken zum Klettern zur Verfügung. Der Pilot hält die Fluggeschwindigkeit konstant und erhöht die Leistung, um den Steigflug durchzuführen.

Als Beispiel für Faktor 2 fliegt ein Flugzeug mit 120 Knoten horizontal. Der Pilot lässt die Motorleistungseinstellung konstant, wendet jedoch andere Steuereingaben an, um einen Steigflug durchzuführen. Der Steigflug, manchmal Zoomsteigflug genannt, wandelt die Fluggeschwindigkeit (KE) in Höhe (PE) um; Die Fluggeschwindigkeit nimmt mit zunehmender Höhe auf etwas weniger als 120 Knoten ab. 

Es gibt zwei Hauptgründe für die Bewertung der Steigleistung. Erstens müssen Flugzeuge über Hindernisse klettern, um sie nicht zu treffen. Zweitens kann das Klettern in größere Höhen besseres Wetter, Kraftstoffeinsparung und andere Vorteile bieten. Der maximale Steigwinkel (AOC), der bei VX erhalten wird, kann eine Steigleistung liefern, um sicherzustellen, dass ein Flugzeug Hindernisse überwindet. Die maximale Steigrate (ROC), die bei VY erreicht wird, bietet eine Steigleistung, um im Laufe der Zeit den größten Höhengewinn zu erzielen. Die maximale ROC kann in einigen Situationen nicht ausreichen, um Hindernissen auszuweichen, während die maximale AOC ausreichen kann, um dieselben Hindernisse zu vermeiden.    

Reichweitenleistung 

Die Fähigkeit eines Flugzeugs, Treibstoffenergie in Flugweite umzuwandeln, ist einer der wichtigsten Aspekte der Flugzeugleistung. Im Flugbetrieb tritt das Problem des effizienten Reichweitenbetriebs eines Flugzeugs in zwei allgemeinen Formen auf:

1. Um die maximale Flugstrecke aus einer gegebenen Treibstoffladung zu extrahieren 

2. Eine bestimmte Strecke mit minimalem Treibstoffaufwand zu fliegen  

Ein gemeinsames Element für jedes dieser Betriebsprobleme ist die spezifische Reichweite; das heißt, Seemeilen (NM) der Flugstrecke im Vergleich zur verbrauchten Treibstoffmenge. Reichweite muss klar von Ausdauer unterschieden werden. Die Reichweite beinhaltet die Berücksichtigung der Flugdistanz, während die Ausdauer die Berücksichtigung der Flugzeit beinhaltet. Daher ist es angebracht, einen separaten Begriff, spezifische Ausdauer, zu definieren.

Spezifische Ausdauer = Flugstunden / Pfund Treibstoff

spezifische Ausdauer = Flugstunden/Stunde / Pfund Treibstoff/Stunde

spezifische Ausdauer = 1 / Kraftstoffdurchfluss

Der Kraftstofffluss kann entweder in Pfund oder Gallonen definiert werden. Wenn eine maximale Ausdauer erwünscht ist, müssen die Flugbedingungen einen minimalen Treibstofffluss liefern. In Abbildung an Punkt A ist die Fluggeschwindigkeit niedrig und der Treibstofffluss hoch. Dies würde während des Bodenbetriebs oder beim Abheben und Steigen auftreten. Wenn die Fluggeschwindigkeit erhöht wird, sinkt der Leistungsbedarf aufgrund aerodynamischer Faktoren und der Kraftstofffluss nimmt bis zu Punkt B ab. Dies ist der Punkt der maximalen Ausdauer. Über diesen Punkt hinaus hat eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit ihren Preis. Erhöhungen der Fluggeschwindigkeit erfordern zusätzliche Leistung, und der Kraftstofffluss steigt mit zusätzlicher Leistung.

Reiseflugbetrieb für maximale Reichweite sollte so durchgeführt werden, dass das Flugzeug während des gesamten Fluges die maximale spezifische Reichweite erreicht. Der spezifische Bereich kann durch die folgende Beziehung definiert werden.

Region des umgekehrten Befehls 

Die aerodynamischen Eigenschaften eines Flugzeugs bestimmen im Allgemeinen die Leistungsanforderungen bei verschiedenen Flugbedingungen, während die Triebwerksfähigkeiten im Allgemeinen die bei verschiedenen Flugbedingungen verfügbare Leistung bestimmen. Wenn sich ein Flugzeug in einem stabilen Horizontalflug befindet, muss ein Gleichgewichtszustand herrschen. Ein unbeschleunigter Flugzustand wird erreicht, wenn der Auftrieb gleich dem Gewicht ist und das Triebwerk auf Schub gleich dem Luftwiderstand eingestellt ist. 

Die Leistung, die zum Erreichen des Gleichgewichts beim Flug mit konstanter Höhe bei verschiedenen Fluggeschwindigkeiten erforderlich ist, wird in einer Leistungsbedarfskurve dargestellt. Die Leistungsbedarfskurve veranschaulicht die Tatsache, dass bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten in der Nähe des Strömungsabrisses oder der minimal steuerbaren Fluggeschwindigkeit die für einen stabilen Horizontalflug erforderliche Leistungseinstellung ziemlich hoch ist.

Ein Flug im Bereich des normalen Befehls bedeutet, dass bei konstanter Höhe eine höhere Fluggeschwindigkeit eine höhere Leistungseinstellung und eine niedrigere Fluggeschwindigkeit eine niedrigere Leistungseinstellung erfordert. Der Großteil des Flugzeugfliegens (Steigen, Reiseflug und Manöver) wird im Bereich des normalen Kommandos durchgeführt. 

Ein Flug im Bereich des umgekehrten Befehls bedeutet einen Flug, bei dem eine höhere Fluggeschwindigkeit eine niedrigere Leistungseinstellung und eine niedrigere Fluggeschwindigkeit eine höhere Leistungseinstellung erfordert, um die Höhe zu halten. Dies bedeutet nicht, dass eine Verringerung der Leistung zu einer geringeren Fluggeschwindigkeit führt. Der Bereich des umgekehrten Befehls wird in den Flugphasen mit niedriger Geschwindigkeit angetroffen. 

Fluggeschwindigkeiten unterhalb der Geschwindigkeit für maximale Ausdauer (tiefster Punkt der Leistungskurve) erfordern höhere Leistungseinstellungen bei abnehmender Fluggeschwindigkeit. Da die Notwendigkeit, die erforderliche Leistungseinstellung bei verringerter Geschwindigkeit zu erhöhen, dem normalen Flugbefehl widerspricht, wird das Regime der Fluggeschwindigkeiten zwischen der Geschwindigkeit für die minimal erforderliche Leistungseinstellung und der Überziehgeschwindigkeit (oder minimalen Steuergeschwindigkeit) als umgekehrter Bereich bezeichnet Befehl. Im Bereich des umgekehrten Befehls