Wie Flugzeugklappen funktionieren: Eine kurze Anleitung

Dutzende Millionen Menschen fliegen jeden Tag in der Luft, und viele, die mit einem Flügel aus dem Fensterplatz geschaut haben, haben möglicherweise gesehen, wie sich die Klappen während der verschiedenen Flugphasen aus- und einfahren, ohne zu wissen, was sie bewirken. Aber was genau ist eine Klappe? Warum ist es heute ein wesentlicher Bestandteil jedes Flugzeugs?

Was sind Klappen?

Klappen sind eine sekundäre Steuerfläche am Flügel, die die Aerodynamik des Flugzeugs beeinflusst, indem sie dessen Eigenschaften verändert. Sie spielen eine entscheidende Rolle dabei, das Flugzeug in die Luft zu bringen und zu landen.

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Es gibt zwei Hauptkategorien: Vorderkanten- und Hinterkantenklappen, jeweils mit unterschiedlichen Klappentypen. Die Klappen sind an der Flügelwurzel zwischen den Querrudern und dem Rumpf angebracht. Sie werden über einen Hebel im Cockpit gesteuert, der mehrere Einstellungen hat. Jede Einstellung entspricht einem anderen Klappenwinkel.

Bei größeren Verkehrsflugzeugen werden die Klappen üblicherweise hydraulisch betätigt, bei kleineren Flugzeugen jedoch mit Elektromotoren.

Wenn beim Start Klappen verwendet werden, tragen sie dazu bei, den Auftrieb bei minimalem Luftwiderstand zu erhöhen. Dadurch kann das Flugzeug mit geringerer Geschwindigkeit in die Luft fliegen und benötigt dadurch weniger Landebahn. Klappen erhöhen den Auftrieb und den Luftwiderstand bei Landungen erheblich und helfen dem Flugzeug, während der Anflugphase langsamer zu fliegen, ohne abzuwürgen. Ein langsamerer Anflug bedeutet weniger Geschwindigkeit beim Aufsetzen und eine kurze Landestrecke.

Auftriebsgleichung und Eigenschaften des Flügels.

Um zu verstehen, wie Klappen funktionieren, müssen wir zunächst Folgendes tundie Auftriebsgleichung verstehen, das ist:

Aufzug = (CL✖V²✖P✖S)➗2

• CL– ist der Auftriebskoeffizient, der von der Flügelform und dem Anstellwinkel beeinflusst wird.
• V²– ist das Quadrat der Geschwindigkeit.
• P– ist die Luftdichte.
• S– ist die Oberfläche des Flügels.

Als nächstes müssen wirdie Eigenschaften eines Flügels verstehen– Anstellwinkel, Wölbung und Profiltiefe.

Akkord

Die Sehnenlinie wird gemessen, indem eine gerade Linie von der Vorderkante zur Hinterkante des Flügels gezogen wird. Beim Ausfahren der Klappen verändert sich auch die Flügelsehne.

Anstellwinkel

Der Anstellwinkel (AOA) ist der Winkel zwischen dem relativen Wind (Wind, der nicht durch die Anwesenheit des Flugzeugs beeinflusst wird) und der Sehnenlinie. Je höher der Anstellwinkel, desto höher der Auftriebskoeffizient.

Jeder Flügel hat einen kritischen AOA-Winkel, den Winkel, nach dem er abreißt, unabhängig von anderen Faktoren.

Sturz

Die Wölbung wird durch eine Linie mit gleichem Abstand zwischen der Ober- und Unterseite des Flügels von der Vorder- zur Hinterkante dargestellt. Es stellt die Krümmung des Flügels dar.

Wie funktionieren Klappen?

Durch das Ausfahren der Klappen verändert sich die Form des Flügels, was wiederum seine Wölbung und Flügelsehne verändert und so seinen Auftriebskoeffizienten erhöht. Dadurch kann der Flügel bei gegebener AOA den gleichen Auftrieb erzeugen. Je höher jedoch der Auftrieb und die Krümmung des Flügels sind, desto höher ist der Anstieg sowohl des auftriebsinduzierten als auch des parasitären Widerstands.

Je höher der Winkel der Klappen, desto mehr Auftrieb und Luftwiderstand werden erzeugt. Während des Starts bewegen sich die Klappen des Flugzeugs zwischen 5 und 15 Grad, was den Auftrieb bei geringfügigem Anstieg des Luftwiderstands erhöht. Der Landewinkel der Landeklappen liegt je nach Klappentyp zwischen 20 und 40 Grad.

Wenn Klappen ausgefahren werden, erhöht sich der Auftrieb des Flugzeugs bei einer bestimmten Nicklage und der Luftwiderstand nimmt zu. Dadurch kann das Flugzeug bei niedrigeren Geschwindigkeiten und geringeren AOAs in der Luft bleiben.

Dadurch kann ein Flugzeug beim Anflug langsamer werden, wodurch es besser kontrollierbar und sicherer zu landen ist. Darüber hinaus muss sich der Pilot nicht so stark aufrichten, um den gleichen Auftrieb wie bei hochgeklappten Klappen aufrechtzuerhalten, was ihm eine bessere Sicht auf die Landebahn ermöglicht.

Arten von Klappen

Wie bereits erwähnt, gibt es zwei Kategorien von Klappen: Vorderkanten- und Hinterkantenklappen.Das sind die verschiedenen Typen:

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Vorderkantenklappen

Es gibt zwei Hauptvorderkantenklappen: Krueger- und Droop-Klappen.

Krueger-Klappen

Vorderkantenklappen sind Krueger-Klappen. Dabei handelt es sich um Scharnierflächen, die im Flügel „gelagert“ sind. Die Klappe ist an der Vorderkante des Flügels angelenkt und erstreckt sich nach außen. Die neue Vorderkante erhöht die Profiltiefe und Wölbung des Flügels.

Herabhängende Klappen

Viele denken, dass Droop-Lappen und Krueger-Lappen dasselbe sind. Allerdings drehen sich die Droop-Klappen beim Ausfahren nach unten. Diese Klappen werden bekanntermaßen auf der verwendetAirbus A380.

Hinterkantenklappen

Es gibt mehrere Arten von Hinterkantenklappen, jede mit unterschiedlicher Komplexität, aber alle dienen demselben Zweck. Dies sind die wichtigsten und häufigsten Arten von Hinterkantenklappen.

Einfache Klappen

Der einfachste Klappentyp, der hintere Teil des Flügels, ist schwenkbar und klappt beim Ausfahren nach unten. Es erzeugt die geringste Steigerung des Auftriebs.

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Geteilte Laschen

Der hintere Teil des Flügels verfügt über eine in die Unterseite eingebaute Klappe. Beim Ausfahren fällt es nach unten in den Luftstrom. Die Oberseite des Flügels bleibt unverändert, was eine höhere Auftriebsproduktion im Vergleich zu einfachen Klappen ermöglicht.

Schlitzklappen

Schlitzklappen ähneln einfachen Klappen, erzeugen jedoch einen Schlitz zwischen dem Flügel und dem beweglichen Klappenteil. Durch den Schlitz kann Luft aus dem unteren Teil des Flügels hindurchströmen und trägt dazu bei, die Luft über dem Flügel mit Energie zu versorgen.

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Fowler-Klappen

Fowler-Klappen erstrecken sich nach außen und unten und verändern die Form des Flügels und seine Oberfläche. Die vergrößerte Oberfläche steigert die Auftriebsproduktion enorm, weshalb diese Klappen heute in der Luftfahrt äußerst beliebt sind.

Geschlitzte Fowler-Klappen

Eine Kombination aus Fowler- und Schlitzklappen vereint die Vorteile beider Klappen. Bei größeren Flugzeugen können mehrere Schlitze den Luftstrom erhöhen; Dabei handelt es sich um doppelt geschlitzte Fowler-Klappen.