Buffet-Grenze

Die Buffet-Grenze ist der zweitwichtigste aerodynamische Leistungsparameter in der aerodynamischen Auslegung eines Flugzeugs, direkt nach dem Gleitzverhältnis (L/D).

Das Flügelbuffet ist die zufällige Anregungsreaktion der Flügelstruktur auf Druckpulsationen, die durch die Strömungsablösung verursacht werden. Wenn Luftfahrzeuge mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Anstellwinkel fliegen, tritt ein Buffet auf, sobald die Strömungsablösung auf der Aufwärtsfläche ein gewisses Ausmaß erreicht hat; diese Art von Buffet wird als Auftriebs-Buffet bezeichnet.

Die Kurve des Auftriebsbeiwerts, die dem Anstellwinkel beim Buffetbeginn entspricht, über der Machzahl wird als Buffet-Grenze bezeichnet. Je höher die Buffet-Grenze, desto niedriger ist die minimale Geschwindigkeit für den horizontalen Flug (Level Flight) und desto besser sind die Manövrierfähigkeit und die Sicherheit während des Fluges.

Der Buffet-Grenzwert (M²CL) ist das Produkt aus dem Quadrat der Machzahl (M) und dem maximal verfügbaren Auftriebsbeiwert. Wenn der Buffet-Grenzwert überschritten wird, wirkt normalerweise die Nachlaufströmung (Turbulenz) der abgelösten Luftströmung auf dem Flügel auf das Leitwerk, was zu einem unzulässigen Buffet der Zelle führt.

Die Buffet-Grenze entspricht normalerweise dem Auftreten einer Strömungsablösung von „bestimmter Fläche“ auf dem Tragflügel. Da der maximale Reisesteigbeiwert von Verkehrsflugzeugen durch die Beginn-Grenze für Buffet bei einer Lastvielfachen von 1,3 g (ungefähr 40° Querneigung durch den Piloten oder bei schweren Turbulenzen) begrenzt wird, ist sie fast genauso wichtig wie der Widerstand als ursprüngliche Datenbasis zur Bestimmung der Flugzeugleistung.

Der Spitzenwert der Buffet-Grenze bestimmt die maximale Höhe, in der ein Flugzeug bei gegebener Flügelbelastung fliegen kann. Ist die Buffet-Grenze niedrig, muss der gewünschte Reisesteigbeiwert reduziert werden, um einen Lastvielfachen-Abstand von 0,3 g zwischen dem Reisesteigbeiwert und der Buffet-Grenze zu halten, was zu einer niedrigeren Reiseflughöhe führt. Da der Treibstoffverbrauch von Strahltriebwerken mit sinkender Flughöhe zunimmt, sinkt auch die Treibstoffeffizienz. Darüber hinaus kann dazu führen, dass der von der Flugsicherung zugewiesene Reiseflughöhenbereich nicht voll genutzt werden kann, was zu einem möglichen Verlust der Reiseflugleistung führt.

Moderne Verkehrsflugzeuge sind so konzipiert, dass die Zelle als Warnung buffeting, wenn die Fluggeschwindigkeit auf 107 % der Strömungsabrissgeschwindigkeit sinkt. Die Strömungsabrissgeschwindigkeit nimmt mit dem Gewicht und der Höhe der Zelle zu. Das bedeutet, bei gleicher Geschwindigkeit haben schwerere Flugzeuge und Flugzeuge, die höher fliegen, eine höhere Strömungsabrissgeschwindigkeit.

Der Indikator für die Strömungsabrissgeschwindigkeit bezieht sich auf die Geschwindigkeit des Flugzeugs unter Bedingungen des horizontalen Fluges (Level Flight). Wenn das Flugzeug jedoch beim Kurven (Turn) etc. geneigt ist, vergrößert sich die Strömungsabrissgeschwindigkeit mit zunehmendem G-Wert.

Daher besteht beim Fliegen in der Nähe der Buffet-Entstehungsgeschwindigkeit eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das Flugzeug in den Strömungsabriss (Stall) gerät, wenn sich die Zelle aufgrund von Luftströmungseinflüssen neigt.

G kann nach 1/COSθ berechnet werden (θ ist der Neigungswinkel). Zum Beispiel 2 G bei 60 Grad und 1,3 G bei 40 Grad.

Die 1,3-G-Buffet-Grenze ist die Geschwindigkeit, bei der beim Flug mit 40 Grad Neigung ein Buffet auftritt. Wenn man also mit der Geschwindigkeit der 1,3-G-Buffet-Grenze fliegt, tritt selbst bei einer 40-Grad-Neigung kein Buffet auf.

Im Allgemeinen fliegen Verkehrsflugzeuge mit Geschwindigkeiten oberhalb der 1,3-G-Buffet-Grenze, und die Querneigung beim Kurven (Turn) überschreitet nicht 30 Grad, sodass die Sicherheitsgrenze gewährleistet ist. Bei turbulentem Wetter gelten jedoch unterschiedliche Vorschriften: Bei leichter Turbulenz wird eine 1,3-G-Buffet-Grenze gefordert, bei mäßiger bis starker Turbulenz jedoch eine 1,5-G-Buffet-Grenze.

Betrachten wir einen Fall aus dem Blog eines ANA-744-Piloten.

Eines Tages hörte ich während des Fluges auf FL370, dass ein anderes Flugzeug vorne berichtete, auf FL410 auf mäßige Turbulenz gestoßen zu sein, und andere Flugzeuge in der Nähe begannen, einen Steigflug auf FL430 zu beantragen. Die Überprüfung des FMS-CDU ergab jedoch, dass die maximal mögliche Steighöhe nur FL433 betrug. Beim Steigen auf FL430 läge die 1,3-G-Buffet-Grenze zwischen 238 und 254 Knoten. Wenn in diesem Geschwindigkeitsbereich 1,3 G auftritt, ist ein Buffet sehr wahrscheinlich. Daher verfolgte er nicht die Strategie, die Höhe zu erhöhen, sondern beantragte einen Ausweichkurs nach Süden, um dieses turbulente Luftraumgebiet zu vermeiden.

http://www.dsti.net/Information/ViewPoint/41437 http://www2.plala.or.jp/sin/plalaboard/message/13391.html http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1355634013 http://fdc.blog.so-net.ne.jp/2008-06-27