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Windeinfluss

Version 2, 11.10.2007

Je nach Lage zur aktuellen Windrichtung scheinen Modellflugzeuge ein anderes Flugverhalten zu haben. Das dies jedoch nur eine Täuschung des Piloten ist zeigen folgende Überlegungen.


Inhalt

1 Begriffe
2 Gleichmässiger Wind ohne Turbulenzen
3 Wind mit Turbulenzen


1 Begriffe

[-] Fahrtwind: Luftbewegung relativ zum Modellflugzeug. Der Fahrtwind ist der Wind, den das Modellflugzeug effektiv "spürt".
[-] Bodenwind: Luftbewegung relativ zum Piloten und damit relativ zum Boden. Der Bodenwind ist der Wind, den der Pilot am Boden Spürt.

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2 Gleichmässiger Wind ohne Turbulenzen

Für das Modellflugzeug ist der Fahrtwind relevant. Ob die Luft sich gegenüber dem Boden bewegt (=Bodenwind) oder nicht (=Windstille) ist für das Modell irrelevant. Das Flugverhalten bleibt in beiden Fällen exakt gleich. Befindet sich das Modell im Geradeausflug kommt der Fahrtwind auch immer exakt von vorne.
Da sich das Modell relativ zum Piloten bewegt bewegt sich auch das "Fahrtwind-Bezugssystem" relativ zum "Bodenwind-Bezugssystem". Dadurch kann es zu Täuschungen und Fehleinschätzungen des Piloten kommen.

Beispiel: Bodenwind 10m/s, Modellgeschwindigkeit 20m/s. Fliegt der Pilot entgegengesetzt der Bodenwindrichtung, beträgt die Modellgeschwindigkeit relativ zum Fahrtwind 20m/s, relativ zum Boden jedoch 20-10=10m/s. Fliegt der Pilot in Bodenwindrichtung beträgt der Fahrtwind immer noch 20m/s, relativ zum Boden bewegt sich das Modell jetzt aber mit 20+10=30m/s. Recht eindrücklich ist dieser Effekt bei einer 180 Grad-Kurve. Das Modell fliegt gegen den Wind an und macht eine 180Grad-Kurve. Relativ zum Boden beschleunigt das Modell dabei von 10m/s auf 30m/s (siehe Rechnung oben).
Viele Piloten haben unbewusst das Gefühl das Modell müsse gegenüber dem Boden immer gleich schnell fliegen, mit dem Resultat dass sie gegen den Wind relativ zum Fahrtwind zu schnell und mit dem Wind relativ zum Fahrtwind zu langsam fliegen.

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3 Wind mit Turbulenzen

Wind bewegt sich in echt nie gleichmässig.
[-] Er hat eine vertikale Geschwindigkeitsverteilung. Direkt am Boden ist die Windgeschwindigkeit immer Null (wenige mm über dem Boden aber bereits nicht mehr) und steigt dann mit zunehmender Höhe weiter an, bis sie in einigen Dutzend Höhenmetern die "Endgeschwindigkeit" des ungestörten Windes hat.
[-] Durch innere Reibung oder Bodenhindernisse entstehen Turbulenzen, welche sich in Form von Wirbeln durch den gesamten Luftraum ziehen und die Windgeschwindigkeit lokal z.T. extrem stark schwanken lassen.
[-] Meistens kommen noch vertikale Luftbewegungen (Thermik, Abwindfelder) dazu.

Die reale Luftbewegung ist demnach eine Überlagerung aus dem Idealen Wind und den oben beschriebenen Störelementen. Das Flugverhalten des Modells in dieser "Störungssuppe" unterscheidet sich grundsätzlich nicht von dem bei idealem Wind. Es ergibt sich jedoch ein wichtiger Zusatzeffekt. Der Turbulente Wind wechselt schlagartig Geschwindigkeit und Richtung, das Modell will jedoch aufgrund seiner Massenträgheit immer noch stur mit der gleichen Geschwindigkeit und Richtung relativ zum Boden weiterfliegen. Daher kommt der Fahrtwind bei turbulenter Luft nicht mehr exakt von vorne, sondern aus wechselnden Richtungen von schräg vorne.

Beispiel: Wind 10m/s plusminus 5m/s Böen, Modellgeschwindigkeit 20m/s. Fliegt das Modell gegen den Wind, fliegt es also relativ zum Boden mit 20-10=10m/s. Eine Böe von "hinten" bedeutet in unserem Fall eine schlagartige Reduktion der Bodenwindgeschwindigkeit von 10 auf 5m/s. Das Modell fliegt durch seine Massenträgheit aber erst mal weiter 10m/s relativ zum Boden, das ergibt also plötzlich 10+5=15m/s Fluggeschwindigkeit. Der Pilot merkt ein merkliches Einsacken des Modells, da die Anströmgeschwindigkeit schlagartig von 20 auf 15m/s eingebrochen ist. Um das Modell dagegen effektiv mit 5m/s von hinten anzuströmen wäre bei 20m/s Modellgeschwindigkeit eine Böe von 25m/s notwendig!

Trotzdem reichen bereits kleine Böen, um das Modell im Langsamflug abkippen zu lassen. Fliegt ein Modell mit 17m/s 2m/s über seiner Minimalgeschwindigkeit genügt eine Böe mit 3m/s "von hinten" um es abreissen zu lassen.

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[Copyright] Fabian Günther
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