Flugleistung (Performance)
Masse, Gleichgewicht und Schwerpunkt (CG)
Die Einhaltung der Gewichtsgrenzen (MTOW) ist für die Flugsicherheit von entscheidender Bedeutung. Ein zu hohes Startgewicht reduziert die Flugleistung und beeinflusst die Flugeigenschaften eines unbemannten Luftfahrtgeräts in nahezu allen Bereichen.
Die wichtigsten Leistungsmängel eines überladenen Flugzeugs sind im folgender Auflistung dargestellt:
Beispielaufgabe 1:
Sie möchten eine zusätzliche Kamera an Ihre DJI M60 Pro anbringen. Das UAS ist mit 6 TB48S Batterien ausgestattet. Berechne Sie das maximal zulässige Gewicht Ihrer zusätzlichen Nutzlast (vgl. Bild 1).
Bild 1: DJI M600 Pro - Auszug aus den Technical Specifications
Lösung:
15,1 kg (MTOW) - 9,6 kg (Weight) = 5,5 kg Nutzlast
Wichtig:
Unbemannte Luftfahrzeuge dürfen nicht überladen werden, Das maximale Abfluggewicht wird auch als MTOW (Maximum TakeOff Weight) oder MTOM (Maximum TakeOff Mass) angegeben. Das MTOM ist nicht veränderbar! Zum Leergewicht (Weight) des UAV gehören in der Regel die Batterien sowie Propeller.
Das Lastvielfache (load factor)
Flugleistung und Aerodynamik sind in vielen Fällen eng miteinander verknüpft. So wirken im Flug unterschiedliche Belastungen auf die Flugzeugstruktur. Als Lastvielfaches bezeichnet man das Verhältnis der vektoriellen Summe aus dem am Flugkörper angreifenden Luftkräften (FL=FA+FW+Fz,a) und dem Schub FS zum Betrag des Fluggewichts. Das Lastvielfache n ist quasi als dimensionslose Zahl definiert durch das Verhältnis von Auftriebskraft zu Gewichtskraft. Im Reiseflug beträgt das Lastvielfache 1, erhöht sich jedoch abhängig von der Querneigung im Kurvenflug.
Bild 2: Lastvielfache im Kurvenflug
Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Load_factor_in_a_turn.gif
Beispielaufgabe 2:
Das Leergewicht ihres UAV (plus Akkus und Propeller) beträgt 10 kg und die Nutzlast 5 kg. Welches Gewicht muss die Struktur Ihres UAV im Kurvenflug bei einer Querneigung von 30° tragen? (vgl. Bild 3).
Bild 3: Load - Factor - Chart
Lösung:
1,2 x 15 kg = 18 kg
Der Schwerpunkt (CG)
Der Schwerpunkt (CG) eines unbemannten Luftfahrtgeräts ist der Punkt, an dem sich alle Massen vereinigt vorgestellt werden können.
Die zulässige Position des Schwerpunkts wird durch die allgemeine Konstruktion jedes einzelnen Flugzeugs bestimmt. Es ist wichtig zu verstehen, dass das Gewicht eines Flugzeugs im Schwerpunkt konzentriert ist und die aerodynamischen Auftriebskräfte im Schwerpunkt auftreten.
Wenn sich der Schwerpunkt vor dem CP befindet, besteht eine natürliche Tendenz des Flugzeugs, die Nase nach unten neigen zu wollen. Wenn der CP vor dem Schwerpunkt liegt, wird ein Nickmoment nach oben erzeugt. Daher legen die Konstrukteure die Heckgrenze des Schwerpunkts vor dem CP für die entsprechende Fluggeschwindigkeit fest, um das Fluggleichgewicht aufrechtzuerhalten. Bei Multicoptern liegt der ideale Schwerpunkt mittig auf Rotorebene.
Beispielaufgabe 3:
Welche Positionen (A-D) des CG in Bild 4 sind günstig für die Flugeigenschaften eines UAV?
Bild 4: Schwerpunktlagen eines Multikopters in Draufsicht (links) und Vorderansicht (rechts)
Lösung:
links B und rechts D