Rezension lesen: X-Plane - FPS Embraer E195

Des Trudelns Kern

Alles dreht sich… Das Trudeln ist ein bemerkenswerter Flugzustand: Ungewollt lässt er jedem, der diesen einmal in der Realität erlebt hat, das Blut in den Adern gefrieren. Bei bewusst eingeleitetem Trudeln staunen wir über die Prinzipien der Aerodynamik. Unser Gastautor Michael Garbers, seines Zeichens Juror bei den Deutschen Kunstflugmeisterschaften und Initiator der Virtual Aerobatic World Championships 2010, sagt uns, worauf es beim Trudeln wirklich ankommt…


Des Trudelns Kern

Wenn ein Flugzustand gefürchtet ist, ist es wohl das ungewollte Trudeln. Viele Mythen und Horrorgeschichten ranken sich um das Trudeln und selbst heutzutage ist dieser Zustand unter Piloten, die ihn noch nie erlebt haben, mit einer unterschwelligen Angst verbunden. Dabei ist das Ausleiten aus diesem Flugzustand bekannt und sollte jedem Piloten geläufig sein. Zumindest unter den virtuellen Piloten ist diese Technik so gut wie unbekannt. Spätestens das sollte für uns Grund genug sein, dem Trudeln auf die Spur zu kommen.

Wir sprechen vom Trudeln, nicht von einem Spiralsturz. Trudeln ist die Situation, in der an der einen Tragfläche keine Strömung mehr anliegt, während die andere Tragfläche noch Auftrieb gibt und so das Flugzeug in Rotation um die Hochachse zwingt. Dieser Flugzustand löst sich nicht – wie viele andere – von selbst auf, sondern muss aktiv beendet werden.


Geschichte

Am 25. August 1912 gelang es Lt. Wilfred Parke in einem Avro G Cabin Doppeldecker bewusst aus einem linksseitigen Trudeln auszuleiten. Dieser Vorfall wurde in der Zeitschrift „Flight“ detailiert beschrieben (etwas frei übersetzt):

…Plötzlich startete die Maschine spiralförmig über die Nase abzutauchen. Bei Punkt C [ca. dreiviertel Umdrehung der Spirale] Parke öffnete das Gas voll in der Hoffnung, dass die Nase wieder hoch zog, weil er gemerkt hatte (…) dass die Maschine leicht kopflastig mit geschlossenem Gas war. Der Motor reagierte sofort, hatte aber nicht den gewünschten Effekt auf das Flugzeug; vielleicht hat diese Aktion den Abstieg beschleunigt oder nicht, aber der Fall war schon so schnell, das die maximale Motorgeschwindigkeit erreicht, wenn nicht überschritten war.
Zeitgleich bei Punkt C zog er das Höhenruder hart zurück an seinen Bauch und trat in das Seitenruder um die Maschine in die Spirale zu ziehen, dieses war ein akzeptiertes Manöver um einen beginnenden Sideslip zu kontern – und wurde so natürlich in so einem Notfall versucht. (…) Diese Aktion verfehlte die Verbesserung der Bedingungen total.
(…) nach Parke war der Winkel steil, aber sicher nicht senkrecht. Er bemerkte keine besondere Beanspruchung seiner Beine, mit denen er immer noch das Seitenruder zur Hälfte nach Links ausgeschlagen hielt (…) noch auf seinem Körper über dem er mit einem weiten Gurt an seinem Sitz geschnallt war. Seine rechte Hand hatte er bereits von der Kontrolleinheit gelöst um sich zu fixieren.(…) Dies Festhalten tat er nicht um sich gegen die Steilheit des Abstiegs zu sichern, sondern weil er sich selbst durch die Drehung der Maschine (welche er als „gewalttätig“ beschrieb) auswärts geschleudert fühlte. (…)
(…) Es war seine Beobachtung dieser dominanten kraftvollen Drehung gegenüber dem Abtauchen, der ihm zum Nachlassen des Ruders und schließlich zum harten Treten des rechten Seitenruders brachten. Dies 50 Fuß über Grund.
Sofort, aber ohne ein Ruckeln, beendete die Maschine die Rotation und war sofort wieder kontrollierbar. (…)

Ab 1912 war also das Ausleiten des Trudelns belegt, wurde aber nicht gelehrt, geschweige denn geübt. Erst 1914 praktizierte der Australier Harry Hawker den ersten absichtlichen Trudler. Ab 1917 tauchte das Trudeln in der Ausbildung der Jagdflieger auf. Das negative Trudeln blieb weiterhin ein Geheimnis, auch weil man nicht wusste, wie man es einleiten sollte. Dies gelang erst 1920 dem Britten Teddie Gerrard. Das Flachtrudeln mit voller Motorkraft wurde sogar bis 1960 vermieden.


Einleiten des Trudelns

Zum einen können wir unabsichtlich ins Trudeln kommen. Vielleicht durch eine missratene Kunstflugfigur. Wichtiger zum Einleiten ist aber zu wissen wie wir absichtlich trudeln.

Um absichtlich in den Trudelzustand zu  gelangen, muss an einer Tragfläche die Strömung abreißen, während sie an der anderen noch anliegt. Dies geschieht bei niedriger Geschwindigkeit an der Stall-Grenze des Flugzeugs. Ähnliches kann man auch bei höherer Geschwindigkeit erreichen, dies führt dann aber nicht zum Trudeln sondern zu einer gerissenen oder gestoßenen Rolle.

Also müssen wir das Flugzeug zuerst an die Grenze des Stalls bekommen. Dies kann z.B. durch ein steiles Steigen geschehen, durch Aushungern oder einem Aufschwung. Immer sollten wir das Gas ganz heraus ziehen. Wir sollten nun den Flieger geradeaus fliegen lassen. Mit sinkender Geschwindigkeit nehmen wir die Nase immer etwas höher, so dass wir unsere Höhe halten.  Der Steuerknüppel wandert dabei immer weiter an den Bauch. (À propos Höhe: Trudelversuche sollten IMMER in ausreichender Höhe statt finden, das Flugzeug muss entsprechend zugelassen sein und man sollte sich vorher – am besten mit einem Fluglehrer – auch das Ausleiten aus dem Flughandbuch angeschaut haben.)

Wenn nun der Flieger gerade anfängt durchzusacken – bei Kunstfliegern ist dies oft schon bevor der Steuerknüppel ganz gezogen ist, dann treten wir in das Seitenruder. Und zwar in der Richtung, in der wir Trudeln wollen. Wenn wir entgegen gesetzt zur Propellerdrehrichtung (gesehen aus dem Cockpit) trudeln, ist das Trudeln wegen dem Drehmoment flacher, in gleicher Richtung steiler. In diesem Beispiel treten wir in das linke Pedal.
Was passiert nun: Durch das Seitenruder dreht man den Flieger etwas quer. Die linke Tragfläche wird relativ zum Luftstrohm langsamer, die rechte Tragfläche schneller. Dadurch bringen wir die linke Tragfläche unter die Stall-Geschwindigkeit, die Strömung und damit der Auftrieb, reißen links ab.
Dadurch sackt die linke Tragfläche nach unten und die Nase fällt gleichzeitig nach links und unten – wir haben das Trudeln eingeleitet. Nach einer halben Umdrehung ziehen wir den Steuerknüppel dann ganz an den Bauch.


Prinzip des Ausleitens

Wenn sich einmal diese Autorotation eingestellt hat und wir nichts aktiv dagegen unternehmen, dann werden wir irgendwann Bekanntschaft mit dem Boden machen.

Überlegen wir also, was wir machen sollten um das Rotieren aufzuhalten. Die linke Tragfläche muss also wieder Auftrieb produzieren. Dies kann sie am besten, wenn sie gegenüber dem Luftstrom schneller wird.  Wenn also unser linkes Seitenruder die Fläche langsamer gemacht hat, dann ist es sicherlich eine gute Idee, durch rechtes Seitenruder (also in Gegendrehrichtung) die Tragfläche wieder schneller zu machen.

Dies wäre eigentlich schon alles – wenn es nicht ein paar Kleinigkeiten bezüglich der Bauweise von Flugzeugen zu beachten wären, die alles ein klein wenig komplizierter machen.


Die Flugzeugmassenverteilung

Wir können hier drei Typen unterscheiden. Einmal  (z.B. bei Jets mit den Triebwerken am Rumpf, wie bspw. MD11) liegt die größte Masse im Rumpf entlang der Rollachse. In den Handbüchern wird dann oft empfohlen das Querruder in Trudel-Richtung auszuschlagen. Bei einer Zweimot mit den Triebwerken an den Tragflächen (z.B. Beech-Baron), die ein hohes Trägheitsmoment besitzt, liest man in den Handbüchern genau das Gegenteil: Das Querruder soll beim Ausleiten entgegengesetzt ausgeschlagen werden. Bei den Einmots ist das Verhältnis neutral und so wird in den Handbüchern eine Neutralstellung des Querruders empfohlen.

In allen Fällen aber das Seitenruder entgegengesetzt von der Rotation.


Die Leitwerkskonfiguration

Durch das Höhenruder kann es – je nach Konstellation – zu einem Abschatten des Luftstroms über das Seitenruder kommen. Damit unser Seitenruder noch wirkt, muss möglichst viel Luft während des Trudelns über das Leitwerk strömen. Die folgenden Bilder verdeutlichen dies: Abschattung im Rückentrudeln beim gedrückten und gezogenen Höhenruder.

Sitzt unser Höhenruder unten oder in der Mitte, so können wir die Effektivität des Seitenruders steigern, indem wir das Höhenruder ziehen.  Bei einem T-Leitwerk kann es schon wieder anders aussehen: Wenn wir hier das Höhenruder drücken, wird der Luftstrom verstärkt über das Seitenruder geleitet. Und beim Rückentrudeln?  Ein T-Leitwerk ist hier denkbar ungünstig, bei der Pitts würden wir hingegen das Höhenruder drücken.

 

Motorkraft im Trudeln

Wir betrachten jetzt nur noch die Einmots.

Was passiert, wenn wir „More Power“ geben? Betrachten wir den rechtsdrehenden Propeller:
·    Der Torque-Effekt wird größer
·    Der P-faktor wird größer
·    Die Kreiselpräzision des drehenden Propellers wird größer
·    Größerer Propellerluftstromeffekt.
·    In den Propellerluftstrom betroffenen Bereichen verringert sich der Anstellwinkel
Bei einem linksseitigen Trudeln wirken Torque, P-faktor und Gyro-Pitch Pro-Spin, Gyro-Yaw, Propwash und Anstellwinkel Anti-Spin. Beim rechtsseitigen Trudeln wirken alle Kräfte Anti-Spin, außer Gyro-Yaw und Gyro-Pitch. Laut Alan Cassidy (Britischer Kunstflugpilot) haben bei modernen Kunstflugzeugen immer die anderen Kräfte die gyroskopischen Kräfte überwogen, so dass beim konventionellen Trudeln etwas Gas die Effektivität der Ruder verbessert hat. Allerdings kann durch Leerlauf ein Höhenverlust minimiert werden. Dies mag früher bei Rotationsmotoren anders gewesen sein.

 

Ausleiten nach JAR

Zulassungsvorschriften von Flugzeugen nach JAR schreiben eine Standardmethode zum Ausleiten des Trudelns vor:
1.    Motor in Leerlauf
2.    Querruder neutral
3.    Seitenruder entgegen der Drehrichtung voll austreten
4.    Höhenruder ruckartig nach vorne führen
5.    Die Kontrolleingaben verringern – um ein Umschlagen des Trudelns in die Gegenrichtung zu vermindern
6.    Abfangen

Zwischen drei und vier wird oft ein Pausieren empfohlen. Wenn man während des Trudelns das Höhenruder drückt, kann – je nach Leitwerkkonfiguration – das Seitenruder abgeschattet und damit ineffektiv werden – daher die Pause.

Wie weit man nun das Höhenruder drückt, wie man das Querruder stellen soll… all das steht zum jeweiligen Flugzeugtyp im Handbuch und sollte verinnerlicht werden. Was bei einem Typ gut klappt kann beim nächsten schon wieder nicht funktionieren, im Fall der Pitts kann durch übermäßiges Drücken der Flieger sogar sehr leicht ins Rückentrudeln umschlagen.

 

Müller-Beggs Methode

Die beiden Piloten Eric Müller und Gene Beggs haben unabhängig voneinander in tausenden Trudelversuchen mit vielen Mustern eine idiotensichere Methode zum Ausleiten des Trudelns gefunden. Sie umfasst drei Punkte und wenn man wirklich mal die Standardmethode in der Hektik vergessen hat, dann mag sie die letzte Rettung sein:
·    Gas in den Leerlauf
·    Steuerknüppel loslassen
·    Beherzt ins Seitenruder entgegen der Drehrichtung treten

Nun aufpassen wenn die Drehung stoppt, Seitenruder neutralisieren und mit dem Höhenruder die Nase senkrecht zum Boden bringen. Fahrt aufholen, Gas nachschieben und abfangen.

Leider gibt es Flugzeugmuster wie die North American AT6 oder die Cessna 150, die auch nach 10 Umdrehungen nicht stoppen. Hier musste tatsächlich auch das Höhenruder nach vorne gestoßen werden. Wenn man übrigens merkt, dass das Trudeln nicht stoppt, dann kann es sein, dass man aufgrund der Rotationsachse die Trudelrichtung falsch eingeschätzt hat – was z.B. beim invertieren Trudeln passieren kann. Hier hilft dann, nachdem man dem Flugzeug genug Zeit gelassen hat, den Fuß zu wechseln und ins andere Ruder zu treten.

Manche Flieger, wie die Pitts, schlagen auch schnell in die andere Trudelrichtung um. Hier gilt es ebenfalls aufpassen, dass man den Moment nicht verpasst.

 

Trudeln im Kunstflugzeug

Flugzeuge werden nur zugelassen, wenn  die Ausleitverfahren für positives Trudeln nachgewiesen wurden. Als Ergebnis steht im Flughandbuch dann, dass der Flieger nicht für absichtliches Trudeln zugelassen ist. Das bedeutet nicht, dass man nicht (theoretisch) mit dem Flugzeug trudeln könnte. Wenn die Beladung im Limit ist, kommen die Flugzeuge auch wieder mit der im Handbuch beschriebenen Methode aus dem Trudeln heraus. Man sollte es nur nicht absichtlich versuchen.

Kunstflugzeuge hingegen sind in der Regel für das positive wie das negative Trudeln zugelassen. Aber auch hier gibt es Ausnahmen. Moderne Kunstflugzeuge haben einen erheblichen Vorteil: Sie haben eine sehr gute Rudereffektivität. Darum kommt man mit diesen Kunstflugzeugen auch immer aus dem Trudeln heraus, so man die richtigen Rudereingaben macht. Das Trudeln ist kein „Kontrollverlust“ sondern ein definierter Flugzustand.

Flachtrudeln:
Unter normalen Umständen kommen Flugzeuge nicht ins Flachtrudeln. Sonst würden sie nicht zugelassen werden. Flachtrudeln wird häufig beschrieben als eine Rotation mit einer Attitude von unter 45%. Das ist eigentlich Quatsch, da gerade Flugzeuge mit größerer Spannweite beim normalen Trudeln oszillieren können und dabei die Grenze überschreiten.  Richtig ist, dass man durch falsche Beladung den Schwerpunkt des Fliegers so ungünstig verlagern kann, so dass man auch ins Flachtrudeln kommen kann.


Trudeln im Simulator

Wie kann man nun im Flugsimulator trudeln? Zum einen sollten wir uns vor Augen halten, dass dieser Zustand in den Simulatoren nicht besonders gut simuliert wird. Dadurch wird die Mechanik aber auch nicht richtig bzw. nicht wirklich brauchbar abgebildet. Trudeln ist im Simulator etwas anderes als in Wirklichkeit.  Ich habe verschiedene Simulatoren ausprobiert: IL2 bietet ein Trudeln an und für die dort verwendeten Maschinen mag es sogar einigermaßen passen. Man hat sich hier bemüht das Trudeln extra zu modellieren. In X-Plane konnte ich kein richtiges Trudeln hin bekommen, es mag aber auch an der ausprobierten Sukhoi liegen. Es gibt dort Bestrebungen, ein Flachtrudel-Modul für eine Extra 300 anzubieten. Wie ich finde, ist das etwas früh, vielleicht sollte man sich erst einmal um das normale Trudeln kümmern. Im FS ist das extreme Aufschaukeln bekannt. Einigermaßen richtig bekommen derzeit vor allem die RealAir Modelle SF-260 und Decathlon hin. Verschiedene Freeware Flugzeuge leisten ähnliches.

Aufschaukeln bei voll gezogenem Stick

 

Ein besseres Ergebnis habe ich im FS erzielt, wenn ich, nachdem das Trudeln mit dem Seitenruder eingeleitet wurde, den Stick nicht an den Bauch ziehe, sondern nachlasse und ein wenig in die Trudel-Richtung drücke.

Das Ausleiten ist im MSFS völlig unproblematisch, im Prinzip reicht es aus, die Ruder neutral zu stellen. Wirklich schwierig kann es nur werden, in der gewünschten Richtung das Trudeln auszuleiten. Wenn man das Seitenruder nach dem Einleiten aber etwas nachlässt, bekommt man es aber auch in den Griff.

Am wichtigsten ist, beim Einleiten die Geschwindigkeit niedrig, nahe des Stalls zu halten. Ich habe schon einige Versuche gesehen, die mittels gerissener Rolle bei viel zu hoher Geschwindigkeit ein Trudeln einleiten wollten. Dies führt zu keinerlei befriedigenden Ergebnissen. Vielmehr ist es nötig, sich die zu fliegende Sequenz genau anzuschauen und sich zu überlegen, wie ich vor dem Trudeln möglichst viel Geschwindigkeit verliere, so dass ich ohne Probleme das Trudeln einleiten kann. 45 oder 90 Grad Linien aufwärts oder nach einem Aufschwung mit großem Radius kann man prima die Geschwindigkeit so herunter bekommen, so dass das Einleiten kein Problem darstellt.

Ich hoffe ich konnte mit dem Artikel etwas Licht in das Dunkel des Trudelns bringen. Ich stütze mich mit meinen Aussagen nicht auf eigene praktische Erfahrungen (abgesehen von Mitflügen), da ich keinen Flugschein habe. Mein Wissen habe ich aus der Literatur und dem Gespräch mit verschiedenen Kunstfliegern. Trudeln ist kein unkontrollierter Flugzustand sondern ein beherrschbares Flugverhalten. Dem realen Piloten rate ich in entsprechenden Flugschulen das Trudeln in einem Sicherheitslehrgang einmal selbst zu erleben oder sogar eine Kunstflugberechtigung zu erlangen – und keine Selbstversuche aufgrund meines Artikels zu unternehmen!  Gerne stehe ich auch für Rückfragen oder Diskussionen zur Verfügung. (micha@flightxtreme.com)

Michael Garbers ist nationaler Schiedsrichter für Motorkunstflug und zuständig für Öffentlichkeitsarbeit der German-Aerobatics. Seit sieben Jahren führt er regelmäßig eine virtuelle Kunstflugweltmeisterschaft im Flugsimulator durch.

Literaturverzeichnis:
Fliegen am Limit – Walter Schild
Better Aerobatics – Alan Cassidy
Flight Fantastic – Annette Carson
http://de.wikipedia.org/wiki/Trudeln