Querstabilität (Roll)

Querstabilität (Lateral Stability / Roll)

Querstabilität beschreibt das Verhalten um die Längsachse (Roll). Sie sorgt dafür, dass das Flugzeug nach einer Roll-Störung in den Wings-Level-Zustand zurückkehrt.

Mechanismus — Dihedral-Effekt

Beim Roll entsteht Sideslip (Seitenströmung). Verschiedene konstruktive Maßnahmen erzeugen daraus ein Roll-Moment zurück zu Wings-Level.

Dihedral (V-Form)

Dihedral = Aufwärts-Neigung der Tragflächen.

• Positive Dihedral (typisch GA): Spitzen höher als Wurzel — V-Form.
• Anhedral (Negative): Spitzen tiefer als Wurzel — invertiertes V (selten in GA).

Wirkung bei Sideslip

Pilot rollt das Flugzeug nach links → Sideslip nach links → relativer Wind kommt von links unten.

Bei positiver Dihedral:

• Linker Flügel (tiefer): effektiver α steigt → mehr Lift.
• Rechter Flügel (höher): effektiver α sinkt → weniger Lift.
• Resultat: Roll-Moment nach rechts → zurück zu Wings-Level.

Typische Dihedral-Werte

Hoher Dihedral (z.B. PA-28 mit 5°) macht das Flugzeug stark roll-stabil — daher als "Schul- und Reise-Flugzeug" geschätzt.

Andere Faktoren

Wing Position (Hoch- vs Tiefdecker)

Hochdecker (C172, C152):

• Tragfläche über Rumpf-Mittelpunkt.
• Bei Sideslip schiebt der Rumpf den unteren Flügel nach oben → effektiv hoher α → mehr Lift → Roll-Stabilität.
• Hochdecker brauchen weniger Dihedral (C172 nur 1,5°).

Tiefdecker (PA-28, DA-40):

• Tragfläche unter Rumpf-Mittelpunkt.
• Bei Sideslip behindert Rumpf den unteren Flügel → effektiv niedrigerer α → weniger Lift → destabilisiert.
• Tiefdecker brauchen mehr Dihedral (PA-28 5°).

Mitteldecker (Beech King Air): neutral.

Sweep (Pfeilung)

Gepfeilte Flügel erzeugen Dihedral-ähnliche Stabilität:

• Bei Sideslip strömt der voreilende (windward) Flügel weniger gepfeilt → mehr Lift → stabilisierend.
• Stark wirksam bei Verkehrsflugzeugen (Sweep 25-35°).

Keel Effect

Großer vertikaler Bereich unter dem CG (Rumpf, Fahrwerk):

• Bei Sideslip wirkt aerodynamische Kraft am Kiel → roll-stabilisierend.
• Wirksam bei manchen Glider und Seeflugzeugen.

Vertical Fin (Heckflosse)

Großes vertikales Leitwerk trägt auch zur Roll-Stabilität bei:

• Bei Sideslip wirkt Seitenkraft auf das Heck → wirkt auch auf Roll (geometrisch).

Zu viel Roll-Stabilität — Dutch Roll

Bei sehr stark roll-stabilen Flugzeugen mit niedriger Yaw-Stabilität entsteht Dutch Roll (siehe Lesson "Gekoppelte Instabilitäten"):

• Yaw + Roll in Gegenphase.
• Schwingung "wackelt" um Hochachse.
• Pilot kann verstärken oder dämpfen.

Daher: Querstabilität allein ist nicht genug — auch Gier-Stabilität muss passen.

Schwingungs­formen Roll-Achse

Roll Subsidence

• Reine Roll-Dämpfung ohne Schwingung.
• Mechanismus: Roll-Rate erzeugt Anti-Roll-Moment durch Aileron-Vorderkante-Effekt.
• Typische Zeitkonstante 0,5-2 Sek bei GA.

Spiral Stability

• Sehr langsame Schwingung zwischen Roll und Yaw.
• Bei meisten GA-Flugzeugen: leicht instabil → Pilot muss alle 30-60 Sek leicht korrigieren.
• Hoher Dihedral → stabil, aber Trade-off mit anderen Faktoren.

Pilotage-Folgerungen

• Hochdecker = roll-stabiler bei niedrigerem Dihedral.
• Tiefdecker = braucht mehr Dihedral, ist anfällig für Crosswind-Landing-Drift.
• Bei Roll-Störung: Flugzeug korrigiert selbst — nur leichten Aileron-Input nötig.

Mass-Position-Einfluss

Mass-Schwerpunkt seitlich (z.B. ein Passagier links, einer rechts ungleich) erzeugt Roll-Moment:

• Pilot muss mit Aileron kompensieren oder mit Trim (Glider).
• Bei C172 mit 4 Insassen: vorsichtig Sitz-Wahl.