Transition (Flugsteuerung)

Transition bezeichnet bei der Flugsteuerung von strahl- und propellergetriebenen VTOL-Flugzeugen den Übergang vom Schwebeflug in den horizontalen Vorwärtsflug und umgekehrt. Transitionsphasen sind besonders für den Start und die Landung von Bedeutung.

Ryan X-13 im Schwebeflug beim Start

Definition

Der Transitionsbereich ist üblicherweise definiert als Geschwindigkeitsspanne zwischen Schwebeflug und der Minimalgeschwindigkeit bei der dynamischer Auftrieb erreicht wird und das Flugzeuggewicht allein durch die Tragflächen getragen wird.

Flugsteuerung

VTOL-Flugzeuge setzen im Allgemeinen zur Steuerung im Schwebe- und im Horizontalflug jeweils ein eigenes Steuerungssystem ein. Es muss deshalb eine Übergangsmöglichkeit in der Steuerung geben. Bei der einfachsten und am meisten angewendete Methode wird abhängig von der Vorwärtsgeschwindigkeit von Null aus, die Wirksamkeit des Schwebesteuersystem allmählich in seiner Wirksamkeit vermindert bis die aerodynamischen Ruder voll wirksam werden. Im Schwebeflug laufen die Ruder mit, da sie wegen der kleinen Geschwindigkeiten nicht stören. Die Art wie eine genügend große Vorwärtsgeschwindigkeit erreicht wird, ist abhängig vom Start- und Landekonzept des VTOL-Flugzeugs. Zur Beherrschung der Änderung des Steuerverhaltens bei der Transition wurden schon früh in der Entwicklung der Technik Bodensimulatoren eingesetzt.[1]

Convair XFY-1 im Horizontalflug
Tragflächen der NASA GL10 Greased Lightning im Schwebeflugmodus
Bell V-280 im Schwebeflug bei einer Vorführung in Texas

Verfahren des Übergangs

Gemeinsamer Antrieb für Horizontal- und Schwebeflug

Dieses Antriebsverfahren wird sowohl bei Jets als auch bei Wandelflugzeugen umgesetzt. Unterschieden werden folgende Transitionskonzepte:

  • Kippen des gesamten Flugzeugrumpfs (Tailsitter)
Bei dieser VTOL-Bauart schwenkt das gesamte Flugzeug aus der senkrechten Startposition in die Horizontalflugposition. Bemannte Flugzeuge dieses Typs waren die Ryan X-13,[2] die Convair XFY-1, die Lockheed XFV-1 und die SNECMA C.450 Coleopter. Die Transition wurde erschwert durch die Rückenlage des Piloten, der den Landevorgang nur über seine Schulter einsehen konnte. Nach diesen in den 1950er Jahren erprobten Baumustern, wird diese Auslegung derzeit (2019) wieder für unbemannte Luftfahrzeuge in Erwägung gezogen.
  • Kippen der Tragflächen einschließlich des Antriebs (Kippflügel)
bei Wandelflugzeugen relativ problemlose Transition[3]
  • Kippen der Antriebseinheiten (Kipprotor, Kipppropeller, Kippmantelpropeller, Kippstrahltriebwerk bei Bell ATV)
bei Wandelflugzeugen relativ problemlose Transition, Nachteil ist hierbei, dass der Triebwerksstrahl durch die horizontal stehende Tragfläche geschwächt werden kann. Beispiele sind Bell-Boeing V-22 und Lilium Jet
  • Veränderung der Schubrichtung bei Strahltriebwerken (Vectored Thrust)
Schwenken der Düsenauslässe (z. B. Hawker Siddeley Harrier, Lockheed Martin F-35B)
  • Umgeleiteter Luftschraubenstrahl (Deflected Slipstream)
beim Start werden die großen Tragflächenklappen ausgefahren und bei Horizontalflug vollständig eingezogen. Beispiel: Ryan VZ-3

Separate Antriebe für Horizontal- und Schwebeflug

  • Getrennte Triebwerke für Horizontal- und Schwebeflug (Lift and Cruise)
in den 1950er und 1960er Jahren der Standard für Jets. Während der Transition werden die Antriebseinheiten an- und abgeschaltet. Beispiel: Dornier Do 31

Mischformen

  • Kippbare Triebwerke für Horizontalflug und getrennt senkrecht eingebaute Hubtriebwerken für den Schwebeflug (Lift and Lift/Cruise)
Schwebezustand mit Hubtriebwerken plus Schwenktriebwerke, Horizontalflug mit fest eingebauten Normaltriebwerken und Schwenktriebwerken, nur bei Jets verwendet. Beispiel: EWR VJ 101

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Otto E. Pabst: Kurzstarter und Senkrechtstarter (Die deutsche Luftfahrt Band 6), Bernard & Graefe Verlag, 1984, S. 165
  2. ↑ Transition einer X-13 (abgerufen am 24. Juli 2023)
  3. ↑ Transition einer XC-142 (abgerufen am 24. Juli 2023)

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Bell V-280 Valor takeoff demo, 2019 Alliance Air Show, Fort Worth, TX.jpg
Autor/Urheber: Danazar, Lizenz: CC BY-SA 4.0
Bell V-280 Valor demonstrating vertical takeoff capability, 2019 Alliance Air Show, Fort Worth, TX.
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Ryan X-13 Vertijet second prototype (#54-1620) about to moor itself to a dual-role flatbed transport/launch trailer.
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The Convair XFY-1 Pogo VTOL experimental plane in flight over San Diego, California (USA), ca. 1954.
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On Aug. 19, National Aviation Day, a lot of people are reflecting on how far aviation has come in the last century. Could this be the future – a plane with many electric motors that can hover like a helicopter and fly like a plane, and that could revolutionize air travel?

Engineers at NASA's Langley Research Center in Hampton, Va., are studying the concept with models such as the unmanned aerial system GL-10 Greased Lightning. The GL-10, which has a 10-foot wingspan, recently flew successfully while tethered. Free-flight tests are planned in the fall of 2014.

This research has helped lead to NASA Aeronautics Research Mission Directorate efforts to better understand the potential of electric propulsion across all types, sizes and missions for aviation.