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2024-09-03T14:37:47Z

Spoilerons: & ist kein Synonym für »und«; Modelle → Versionen

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[[Datei:Aileron roll.gif|mini|Ergebnis der Rudertätigkeit: [[Rollen (Bewegung)|Rollen]]]]
[[Datei:FlugzeugAchsenRuder.png|mini|Raumachsen und Ruder eines Flugzeugs]]
[[Datei:ControlSurfaces.gif|mini|Animierte Darstellung der Flugzeugsteuerung]]

'''Querruder''' ({{enS|aileron}}) sorgen bei fast allen 3-Achs-gesteuerten [[Flugzeug]]en für die [[Flugzeug#Flugsteuerung|Flugsteuerung]] um die [[Längsachse]] (auch Rollen genannt).

== Funktionsweise ==
Querruder sind im Allgemeinen bewegliche Klappen an den [[Tragfläche]]n-Hinterkanten, die beim Betätigen der Rollsteuerung gleichzeitig und entgegengesetzt bewegt werden. Das Querruder, das nach unten bewegt wird, erhöht auf seiner Seite den [[Dynamischer Auftrieb|Auftrieb]], wodurch sich diese Tragfläche hebt. Das andere Querruder bewegt sich nach oben, verringert somit den Auftrieb und die Tragfläche senkt sich. So entsteht eine [[Rollen (Bewegung)|Rollbewegung]] um die Längsachse, welche wiederum beispielsweise die erforderliche Schräglage als Ausgangssituation für einen koordinierten [[Kurvenflug]] herbeiführt.

Teilen sich mehrere aerodynamisch wirksame Flächen die Hinterkante einer Tragfläche, so sind die Querruder meist die am weitesten außen angeordneten Steuerflächen, um eine gute Hebelwirkung bei der Erzeugung des Rollmomentes zu erreichen, Landeklappen hingegen sind meist im inneren Bereich der Flügel zu finden. Bei Düsenverkehrsflugzeugen existieren oft mehrere Querruderklappen pro Tragflächenseite, die sich in Länge, Tiefe und Position unterscheiden und die für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche (''Low-, High-Speed'') ausgelegt sind.

Die Steuerklappen werden durch Seilzüge, Schubstangen, [[Hydraulikzylinder|Hydraulikaktuatoren]], elektrohydraulisch oder elektrisch betätigt, bei größeren Flugzeugen werden meist mehrere Möglichkeiten zur [[Redundanz (Technik)|redundanten]] Absicherung vorgesehen. Die Querruder-[[Trimmung]] erfolgt durch so genannte [[Trimmruder]].

== Sonderformen in Verbindung mit anderen Steuerflächen ==
[[Datei:Control surfaces on airfoilvg.svg|mini|300px|
'''1.''' [[Winglet]]
'''2.''' Low Speed Querruder
'''3.''' High Speed Querruder
'''4.''' Landeklappenträgerverkleidung
'''5.''' [[Krügerklappe]]
'''6.''' [[Vorflügel]]
'''7.''' innere [[Auftriebshilfe|Flaps]]
'''8.''' äußere Flaps
'''9.''' [[Störklappe]]n
'''10.''' [[Luftbremse]]
'''11.''' [[Turbulator|Vortex Generator]] ]]
Im modernen Flugzeugbau werden oft die ursprünglichen Funktionen einzelner Steuerflächen mit anderen Steuerfunktionen gemischt und überlagert, um die Steuerbarkeit zu verbessern, die Flugsicherheit zu erhöhen und die Leistungsdaten des Flugzeuges zu verbessern. Die Einführung von [[Flugkontrollrechner]]n und [[Fly-by-wire]]-[[Flugsteuerung]]en unterstützt diese neuen Möglichkeiten.

=== Störklappen als Rollspoiler ===
Bei Verkehrsflugzeugen wird zur Unterstützung der Querruder üblicherweise ein Teil der [[Störklappen]]-Segmente – meist die am Flügel am weitesten außen gelegenen – eingesetzt. Bei einer Steuereingabe wird proportional zusätzlich zum nach oben gehenden Querruder des kurveninneren Flügels der [[Spoiler (Fahrzeug)|Spoiler]] mit betätigt (ausgefahren), während die Spoilerklappen auf der gegenüberliegenden Tragfläche in ihrer eingefahrenen Ruheposition verharren. Dies wirkt neben einer Unterstützung des Rollens durch einseitige Auftriebsverminderung an der abzusenkenden Tragfläche dem durch die Querruder erzeugten ''Negativen Wendemoment'' entgegen, da an der kurveninneren Tragfläche der Widerstand erhöht wird, was wiederum ein unterstützendes [[Gierachse|Giermoment]] in Kurvenrichtung zur Folge hat.<ref>[http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/spr.html Beschreibung des Einsatzes der Spoiler zur Rollsteuerung auf der Seite des Glenn Research Centers der NASA], englische Sprache, abgerufen am 4. Januar 2015</ref> Beim [[Airbus A380]] werden beispielsweise sechs der auf jeder Seite vorhandenen acht Spoilersegmente zur Unterstützung der Querruder im Außenflügel eingesetzt.<ref>[http://www.fzt.haw-hamburg.de/pers/Scholz/dglr/hh/text_2007_09_27_A380_Flight_Controls.pdf ''A380 Flight Controls overview''], Präsentation der Fa.Airbus an der [[HAW Hamburg]] am 27. September 2007, Seite 21, PDF-Datei, abgerufen am 7. Januar 2015</ref> Erstmals fanden Rollspoiler bei dem Nachtjäger [[Northrop P-61]] Verwendung; die eigentlichen Querruder waren winzig.

=== Spoilerons ===
Bei den späten Versionen der B-52 (G und H) wurde zugunsten der Rollspoiler ganz auf Querruder verzichtet. Das Kunstwort hierfür war Spoilerons aus Spoiler und Aileron.

=== Taileron ===
Bei vielen modernen [[Kampfflugzeug]]en in üblicher Tragflächen-/Leitwerkauslegung unterstützen die meist als Pendelruder ohne Dämpfungsfläche ausgeführten [[Höhenruder]] die Querruder, indem sie zusätzlich – überlagert zu den für die Höhensteuerung erforderlichen Ruderausschlägen – wie Querruder gegensinnig bewegt werden. Beim [[Panavia Tornado|Tornado]] ersetzten diese gegensinnig ausschlagenden Höhenruder herkömmliche Querruder gänzlich. Diese Bauart wird im englischen Fachbegriff auch [[Taileron]] (''combined tailplane and aileron'') genannt. Der Vorteil der damit möglichen extrem großen, fast über die ganze Flügellänge gehenden [[Auftriebshilfe|Landeklappen]] (und somit hohe Zuladung bzw. hohe Auftriebserzeugung für engen Kurvenflug im [[Luftkampf]]) wird durch eine leicht verminderte [[Rollrate]] erkauft. Um diese wichtige Kenngröße eines Kampfflugzeug auf die gefordert hohen Werte zu bringen, wurden die Flügel des Tornados relativ weit außen – und somit sehr wirksam – mit je einer [[Störklappe]] (''Rollspoiler'') pro Flügel ausgestattet.

=== Elevon ===
Bei [[Nurflügel]]- und [[Deltaflügel|Deltakonfigurationen]] kommen oft Steuerflächen an der Hinterkante der Tragflächen zum Einsatz, die gleichzeitig überlagerte Steuerausschläge für Höhen- und Rollsteuerung ausführen. Diese werden mit dem Kunstwort ''[[Elevon]]'' (aus den englischen Begriffen ''elevator'' für Höhenruder und ''aileron'' für Querruder) bezeichnet.

=== Flaperon ===
Nimmt die Querruderklappe durch gleichsinnige Verstellbarkeit eine weitere Funktionen als [[Wölbklappe]] zur Auftriebssteigerung (Landehilfe) oder zur Profiloptimierung wahr, spricht man von einem [[Flaperon]] (aus den englischen Begriffen ''Flap'' für Klappe und ''aileron'' für Querruder). Ein Beispiel hierfür ist das Segelflugzeug [[Rolladen Schneider LS3|LS3]].

== Entwicklung und Geschichte ==
[[Datei:Boulton aileron patent, No. 392, 1868 - p. 01.jpg |mini |hochkant |Patentschrift ''Aerial Locomotion'' von [[Matthew Piers Watt Boulton]], 1868]]
[[Datei:Boulton aileron patent, No. 392, 1868 - Drawing Figs. 5-7.jpg |mini |Zeichnung zum Boulton-Patent, 1868]]
Im 19. Jahrhundert beschäftigten sich bereits theoretisch [[Clément Ader]], [[Charles Renard]], [[Edson Fessenden Gallaudet]], [[Alphonse Pénaud]] und [[John Joseph Montgomery]] mit der Möglichkeit und dem Bau eines Querruders. Der Brite [[Matthew Piers Watt Boulton]] ließ sich 1868 mit der Patentschrift ''Aerial Locomotion'' Querruder zur Verbesserung der Bewegung in der Luft patentieren.

=== Flügelverwindung ===
[[Datei:WrightBrothers1899Kite.jpg |mini |Rollsteuerung durch Verwindung – ohne Querruder – der Gebrüder Wright]]
In der Frühzeit der [[Fliegerei]] wurde die Rollsteuerung oft ohne eigentliche Querruder, sondern durch Tragflächenverwindung erzielt. Dabei wurden die gesamten Tragflächen über [[Bowdenzug|Seilzüge]] gegensinnig etwas [[Torsion (Mechanik)|in sich verdreht]], wodurch sich durch die unterschiedlichen Anstellwinkel ebenfalls eine Auftriebsdifferenz zwischen beiden Flügeln und damit ein Rollen des Flugzeuges ergab.

Die Flügelverwindung wurde von den [[Brüder Wright|Brüdern Wright]] seit 1899 in Drachen und [[1902 Wright Glider|Gleitflugzeugen]] entwickelt und in der Praxis eingesetzt. Die Flügelverwindung verwendeten neben dem [[Wright Flyer]] auch weitere frühe Motorflugzeuge, wie die [[Blériot XI]] (1908), die [[Etrich Taube]] und ihre Nachbauten (1909), die [[Morane-Saulnier N]] (1915) und die zahlreichen Varianten des [[Fokker E.I-IV|Fokker-Eindeckers]] (1915) sowie einige Segelflugzeuge wie die Harth-Messerschmitt S7 (1918).

Die [[Brüder Wright]], deren Flugzeuge durch Flügelverwindung gesteuert wurden, waren der Meinung, dass ihr weitgefasstes [[Patent]] auch die von [[Glenn Hammond Curtiss]] genutzte Methode der Rollsteuerung über Querruder abdeckte und prozessierten deswegen gegen Curtiss.

=== Querruder ===
[[Datei:Louis Paulhan flying with a passenger (Mrs. Dick Ferris?) in his Henry Farman biplane, at the Dominguez Field Air Meet, Los Angeles, January 1910 (CHS-5602).jpg |mini |Eine [[Farman III]] im Januar 1910 im Flug von unten gesehen. Die in die Tragflächen integrierten Querruder sind gut zu erkennen.]]
Erstmals in Praxis wurden Querruder zur Kontrolle der Rollsteuerung durch [[Robert Esnault-Pelterie]] an einem antriebslosen [[Doppeldecker (Flugzeug)|Doppeldecker]]-[[Gleitflugzeug]] im Jahre 1904 angewendet. Zunächst waren sie wie zusätzliche Flächen realisiert. Querruder, die als bewegliche Elemente in den Hauptflügel integriert sind, wurden zuerst 1909 von [[Henri Farman]] an der [[Farman III]] verwendet.

Im Vergleich zur Verwendung von Querrudern hat die Flügelverwindung den Vorteil, dass man keine durch die Ruderklappen bedingten Spalten in der Tragfläche hat und dass die Profiltreue erhalten bleibt. Somit kann der aerodynamische Widerstand leicht reduziert werden. Die Verwindung ist jedoch konstruktiv schwer mit der nötigen Torsionsfestigkeit von moderneren, üblicherweise [[Pfeilung|gepfeilten]] Tragflächen vereinbar: Beim Flug mit hohen Geschwindigkeiten, d. h. kleinem [[Anstellwinkel]], entstehen starke Torsionskräfte (Auftrieb wird fast nur an der Hinterkante produziert, so wird der Flügel nach vorne tordiert), denen mit der sehr verdrehsteif ausgebildeten ''[[Holm-Rippenbauweise#Torsionsnase|Torsionsnase]]'' („D-Box“) entgegengewirkt wird.

== Das negative Wendemoment ==
{{Hauptartikel|Wendemoment}}
Ein nachteiliger Sekundär-Effekt des Querrudereinsatzes (auch Querruder-[[Gierachse|Gier]]-Moment genannt) entsteht dadurch, dass aufgrund der unterschiedlichen Druckverhältnisse auf Tragflächenober- und Unterseite das – kurveninnere – nach oben ausschlagende Querruder den [[Strömungswiderstand]] der abzusenkenden Tragfläche vermindert, das nach unten ausschlagende Querruder auf der Gegenseite durch die Erhöhung der Auftriebserzeugung und der damit einher gehenden Erhöhung des Widerstandes jedoch die Tragfläche nicht nur anhebt, sondern auch abbremst: folglich giert das Flugzeug zusätzlich zur beabsichtigten Rollbewegung, jedoch zur ''entgegengesetzten'' Seite (= negativ). Aus diesem Grund führt die Betätigung des Querruders zu einem negativen [[Wendemoment]] (also: ein Bewegen der [[Flugzeugnase]] gegen die gewollte Steuerrichtung), weshalb saubere Kurven im Flugzeug koordiniert mit Quer- und [[Seitenruder]] (in die Kurvenrichtung zum Ausgleich des negativen Wendemomentes) eingeleitet und durchflogen werden müssen.

Dies ist aufgrund der [[Hebel (Physik)|Hebelverhältnisse]] (große Spannweite im Verhältnis zur Gesamtlänge, damit ein großer Hebel für das angreifende Wendemoment sowie ein relativ kurzer Leitwerkshebelarm) besonders in der [[Segelflug|Segelfliegerei]] von großer Bedeutung, um widerstandsarme Kurvenflüge ohne [[Schiebekurve|Schieben]] oder Hängen (Schmieren) zu erzielen; als Hilfsmittel für die Koordination der Ruder dient hierzu der an jedem Segelflugzeug vorhandene [[Faden (Segelflug)|Faden]].

Das negative Wendemoment kann durch konstruktive Maßnahmen abgeschwächt oder weitgehend neutralisiert werden. Eine mechanisch einfach zu realisierende Möglichkeit der Abschwächung ist eine differenzierte Ansteuerung mit unterschiedlichen Ausschlägen, bei der die Querruderklappen nach unten weniger weit ausschlagen als nach oben. So wird der Ausschlag den unterschiedlichen Druckverhältnissen auf Ober- und Unterseite des Flügels angepasst und die Widerstandmomente werden gleichmäßiger. Eine weitere Möglichkeit ist die Gestaltung der Ruder selbst als ''Friese-Querruder'', bei der der Scharnier-Drehpunkt der Ruderklappe so gelegt wird, dass bei einem Ausschlag nach oben auch der Widerstand an der Unterseite des Klappenspaltes stark erhöht wird, um ein ausgleichendes Widerstandsmoment zu schaffen.<ref>[http://www.fzt.haw-hamburg.de/pers/Scholz/arbeiten/TextCasper.pdf Kurzreferat ''Querruderdimensionierung''], 2004, Verf. Marcus Casper, PDF-Datei, Seite 25 f., abgerufen von der Website der [[Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg|HAW Hamburg]] am 6. Januar 2015</ref> Weiterhin hilft bei größeren Flugzeugen der Einsatz von Störklappen als Rollspoiler (siehe oben), das Wendemoment zu neutralisieren; solche Flugzeuge besitzen oft auch einen sog. [[Gierdämpfer]] (engl. yaw damper), der automatisch den Seitenruderausschlag für verschiedene Flugzustände anpasst; ein bewusstes Mitsteuern des Seitenruders durch den Piloten erübrigt sich in diesem Fall. Ebenso kann mechanisch oder über den Flugkontrollrechner ein gewisser, sinnrichtiger Seitenruderausschlag automatisch zur Querruder-Steuereingabe hinzu gemischt werden.

== Querruderumkehr ==
Wird das Querruder betätigt, so erhöht sich an jenem Flügel, bei dem das Querruder nach unten ausschlägt, durch die stärkere geometrische Wölbung der Profil-[[Skelettlinie]] der Nullanstellwinkel und damit der Auftrieb. Zusätzlich verursacht das nach unten in den Bereich höheren Druckes ausschlagende Querruder auch eine Widerstandserhöhung.

In extremem Langsamflug kann dies zu einseitigem [[Strömungsabriss]] an diesem Flügel führen, wodurch er, anstatt sich nach oben zu bewegen, nach unten „fällt“. Da gleichzeitig durch den erhöhten Widerstand auch eine Drehbewegung um die Hochachse verursacht wird, kann dies das Flugzeug ins [[Trudeln]] bringen. Dieser Effekt wird, technisch etwas ungenau, „Querruderumkehr“ genannt.

Die meisten modernen Flugzeuge weisen durch geeignete konstruktive Maßnahmen kaum noch eine Querruderumkehr auf.

== Siehe auch ==
* [[Doppelleitwerk]]
* [[Höhenleitwerk]]
* [[Seitenleitwerk]]

== Literatur ==
* Ernst Götsch: ''Luftfahrzeugtechnik : Einführung, Grundlagen, Luftfahrzeugkunde.'' Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Ailerons|Querruder}}
{{Wiktionary}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Flugsteuerung]]
[[Kategorie:Luftfahrttechnik]]

Querruder - Versionsgeschichte

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