Flugmechanik

Das zentrale Thema dieses Begleittextes ist das Starrkörper- oder 6DOF-Modell (6 degrees of freedom), das die Schwerpunkt- und Lagedynamik enthält. Das Starrkörpermodell ist Grundlage für Flugsimulation und Flugregelung. In der Flugregelung mit ihren traditionellen linearen Ansätzen wird das Starrkörpermodellumstationäre Flugzustände, meist den stationären Horizontalflug, linearisiert. Es entstehen die klassischen linearen Entwurfsmodelle der Flugregelung, die Längs- und Seitenbewegung“, die unter der Überschrift ” Lineare Bewegungsgleichungen“ hergeleitet und untersucht werden.

Wie der Begriff ” Starrkörpermodell“ nahelegt, gibt es auch komplizierte flugmechanische Modelle, die das Flugzeug als elastischen Körper beschreiben. Solche Modelle sind z.B. für die Regelung von Strukturschwingungen erforderlich, was über den Rahmen dieses Textes jedoch weit hinausgeht. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal flugmechanischer Modelle ist das zugrundeliegende Erdmodell. Im vorliegenden Text wird zwischen ” runder, rotierender Erde“ und ” ruhender, flacher“ Erde unterschieden. Die letztere Vereinfachung ist für kurze Flugbahnen über geringe Distanzen gerechtfertigt. Kompliziertere Modelle berücksichtigen die Tatsachen, dass
• die Erde keine ideale Kugelgestalt hat und
• der Schwerkraftvektor kein konstanter Vektor in Richtung des Erdmittelpunktes ist.

Die in diesem Text vorgestellten Kraft- und Momentenmodelle beziehen sich auf ” Flächenflugzeuge“ im Gegensatz zu Hubschraubern. Die Flugmechanik von Hubschraubern ist ein Spezialthema im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik. Die Flugmechanik ist auch Grundlage zur Berechnung aller Flugleistungen, was im Wesentlichen im Fachgebiet ” Luftfahrttechnik“ geschieht. Hier wird auch das Thema der statischen Stabilität ausführlich behandelt, das in diesem Text nur am Rande erscheint. Eine weitere Abgrenzung der Thematik besteht darin, dass die klassische Flugmechanik den Flug im erdnahen Bereich betrachtet. Die in diesem Text hergeleiteten Modelle eignen sich z.B. auch, um den Wiedereintritt eines Space Shuttle zu simulieren oder den Aufstieg einer Rakete in eine Erdumlaufbahn. Darüber hinausgehende interplanetare Bahnen sind Gegenstand der Raumfahrtsysteme.