Diese Antwort gilt speziell für ein Starrflügelflugzeug, nicht für einen Hubschrauber oder Multikopter, obwohl einige Aspekte auch für sie gelten.

Was ist eine Wende? Eine Kurve ist eine Krümmung in der Flugbahn. Dies bedeutet, dass eine Kurve eine Form der Beschleunigung ist. Insbesondere eine zentripetale Beschleunigung - die Flugbahn wird kontinuierlich in Richtung der Mitte der Kurve "gebogen", wodurch eine Kreisbahn entsteht.

Newtons zweites Gesetz ist Kraft = Masse * Beschleunigung oder Beschleunigung = Kraft / Masse. Sie können keine Beschleunigung haben, wenn Sie keine Kraft ausüben, um diese Beschleunigung zu verursachen. Sie können keine zentripetale Beschleunigung haben, wenn Sie keine zentripetale Kraft ausüben - einen Kraftvektor, der in Richtung der Mitte der Kurve zeigt.

Welcher Teil eines Flugzeugs ist so konstruiert, dass er so effizient wie möglich Kraft erzeugt? Der Flügel. Wenn Sie das Flugzeug in eine Bank rollen, neigen Sie die Auftriebskraft des Flügels zur Seite, und Sie haben jetzt eine Zentripetalkraft so effizient wie möglich erzeugt - dh mit dem geringstmöglichen Luftwiderstand.

Stattdessen Sie können sich auch drehen, indem Sie den Rumpf relativ zur Flugbahn seitwärts gieren, um die Seite des Rumpfes dem Luftstrom auszusetzen. Dies bewirkt im Wesentlichen, dass der Rumpf als Seitenflügel wirkt und einen seitlichen Auftrieb oder eine "Seitenkraft" erzeugt. Diese Methode zeigt auch den Schubvektor vom Triebwerk oder den Triebwerken seitlich relativ zur Flugbahn. Diese Methode erzeugt also eine gewisse Zentripetalkraft, ist jedoch sehr ineffizient - der Luftwiderstand ist sehr hoch. Es wird auch für jeden im Flugzeug unangenehm sein, da er dazu neigt, gegen die "Aufwind" -Seite des Rumpfes geworfen zu werden.

Beachten Sie den Unterschied zwischen dem Verursachen oder Zulassen einer gerade genug Gierdrehung, um die Nase um den Horizont laufen zu lassen, und dem "Schritthalten" mit der Änderung der Flugbahnrichtung, wenn sich die Flugbahn aufgrund der von der Bank erzeugten Zentripetalkraft krümmt Flügel, und die Nase zum Gieren zwingen, um in eine andere Richtung zu zeigen, als das Flugzeug tatsächlich zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Luft fliegt, wie es erforderlich wäre, wenn Sie versuchen würden, ohne Bankverbindung zu drehen.

Ein Auto auf ebenem Boden kann sich ohne Bankgeschäfte ziemlich effizient drehen, aber das liegt nur daran, dass die Reifen die Straße normalerweise recht gut greifen, sodass zwischen der Ausrichtung jedes Rads und dem Momentan nur ein sehr kleiner Seitenwinkel erforderlich ist Fahrweg dieses Teils des Autos, um eine starke Seitwärtskraft zu erzeugen. Sie schrubben also nicht viel Energie aufgrund von übermäßigem Luftwiderstand. Ganz anders, als einen Rumpf in einem großen Seitenschlupfwinkel seitwärts durch die Luft zu ziehen.

Eine gute Quelle, um etwas über die grundlegende Physik des Fluges zu lernen, ist John S. Denkers "See How It Flies". Website. Auf den zweiten Blick ist diese Website nicht so sehr darauf ausgelegt, einen Anfänger in die Grundprinzipien des Fliegens einzuführen, sondern jemandem mit etwas Flugerfahrung und Ausbildung zu helfen, das "Warum" des Ganzen auf einem tieferen Hebel zu verstehen, als es manche Piloten jemals schaffen Reichweite in einem ganzen Leben des Fliegens!

Stellen Sie sich das Flugzeug als einen Körper vor, den Sie steuern möchten. Dieses Objekt hat 6 Freiheitsgrade, einschließlich Rollen. Wenn Sie das Rollen entfernen, können Sie das Rollen des Flugzeugs nicht steuern. Stellen Sie sich eine Situation vor, in der sich eine kleine Masse über dem Flügel befindet und das Flugzeug zu rollen beginnt und Sie dies nicht kompensieren können.

Wenn Sie dies sagen, können Sie das Gieren mithilfe der vertikalen Ebene steuern Die vertikale Ebene erzeugt eine Rolle, die Sie kompensieren müssen. Gieren und Rollen sind also gekoppelt.

Auf der anderen Seite ist die bevorzugte Art, eine Drehung in der Luft durchzuführen, die Verwendung von Rolle und nicht die Verwendung von Gieren. Es ist effizienter und schneller (im Weltraum) als die Verwendung von Gieren

Zusätzlich zum Drehen müssen Sie erkennen, dass die Atmosphäre nicht statisch ist. Es ist in ständiger Bewegung, sowohl horizontal als auch vertikal. Die vertikalen Ströme können stark genug und lokal genug sein, um den einen oder anderen Flügel * zu kippen, wodurch ein unwillkürliches Rollen verursacht wird. Wenn Sie keine Mittel haben, um diesem induzierten Wurf entgegenzuwirken, haben Sie jetzt ein Flugzeug, das sehr instabil ist und wahrscheinlich abstürzt.

* Fliegen eines Segelflugzeugs oder eines kleinen Motorflugzeugs an einem Tag mit viel Wärme Aktivität ist ein ständiger Balanceakt, bei dem kleine Steuerbewegungen verwendet werden, um die Flügel gerade zu halten (oder im gewünschten Bankwinkel), ungeachtet dessen, was die Atmosphäre Ihnen antun möchte. Und lassen Sie uns nicht einmal auf die Art vertikaler Strömungen eingehen, die Sie durch Stürme erhalten können ...

Hier ist eine einfache Möglichkeit, es sich vorzustellen. Ein Flugzeug dreht sich, indem es die Auftriebskraft von gerade nach oben zu einer Seite neigt. Dazu muss es sich neigen.

Stellen Sie sich vor, die SpaceX-Rakete schwebt. Wenn es sich seitwärts bewegen möchte, kippt es seine Schublinie vertikal. Wenn die Schublinie jetzt beispielsweise auf 11 Uhr statt auf 12 Uhr zeigt, erzeugt ein Teil des Schubes jetzt eine Seitenkraft und die Rakete bewegt sich seitwärts. Um ein Absenken während der Seitwärtsbewegung zu verhindern, muss der Gesamtschub erhöht werden, um den Teil des Schubes zu kompensieren, der jetzt arbeitet, um den Körper seitwärts zu bewegen. In jedem Fall ist es die Neigung der Schublinie, die sie seitwärts bewegt.

Die Flügel des Flugzeugs schieben (indem sie ein großes Luftpaket über und unter nach unten lenken), während sie sich entlang bewegen. Wenn Sie die Flügel neigen, ist es wie das Kippen der Rakete. Der von den Flügeln erzeugte Schub wird um den Betrag des Querneigungswinkels gekippt, und ein Teil des Schubes oder Auftriebs der Flügel erzeugt jetzt eine Seitenkraft, wodurch sich das Flugzeug seitwärts bewegt.

Aber das Flugzeug ist nicht schwebt nicht, es bewegt sich vorwärts, während dies weitergeht. Da es sich vorwärts bewegt, führt die seitliche Bewegung, die durch das Einbiegen der Flügel erzeugt wird, dazu, dass es sich in einem horizontalen Bogen bewegt. Das ist eine Wende. Wie bei der früheren Raketenanalogie muss das Flugzeug, um nicht abzusteigen, seinen gesamten Auftriebsschub erhöhen, um den verlorenen Schub auszugleichen, indem es zur seitlichen Bewegung verwendet wird. Sie müssen sich also etwas anheben, um mehr Gesamtschub (Auftrieb) von den Flügeln zu erzielen, wenn Sie sich drehen oder absteigen.

Hubschrauber sind die gleichen. Wenn es stationär schwebt und Sie möchten, dass es sich seitwärts bewegt, kippen Sie die Rotorscheibe, um die Drucklinie des Rotors abzuwinkeln. Wenn der Hubschrauber währenddessen vorwärts fliegt, bewegt er sich gleichzeitig seitwärts und vorwärts und erzeugt genau wie das Flugzeug einen horizontalen Bogen oder eine Kurve.

Drehen durch Schleudern ist ebenfalls möglich, aber auch sehr ineffizient. Luftkissenfahrzeuge, die eigentlich nur Flugzeuge / Hubschrauber mit Bodeneffekt sind, drehen sich in diese Richtung, weil sie keine Wahl haben. Sie können einfach nicht bankieren, wenn sie so nah an der Oberfläche bleiben müssen, nur um sich davon fernzuhalten. Ein Hovercraft braucht ewig, um sich zu drehen, weil es seitwärts rutschen und die Seitenkraft seines Motorschubs nutzen muss, um die Richtung zu ändern, und dies schränkt ihre Manövrierfähigkeit wirklich ein.

Wenn Sie Ihr Luftkissenfahrzeug jedoch auf einer Fahrradrennstrecke mit gebogenen Kurven mit der richtigen Geschwindigkeit fahren, die dem Neigungswinkel entspricht, müssen Sie es nur "geradeaus" fahren, dh nur die Das Heckende ist mit dem Nasenende ausgerichtet, und das Luftkissenfahrzeug ändert die Richtung, ohne rutschen zu müssen. In einem Flugzeug setzen Sie die Hebekraft anstelle der Auflagefläche ein und arbeiten nur daran, dass das Heck hinter der Nase ausgerichtet bleibt (Ball zentriert) und um Sie herum geht. Keine perfekte Analogie, aber ausreichend, um die Kräfte bei der Arbeit sichtbar zu machen.

Es gibt Zeiten im Flug, in denen Sie Schleudern verwenden, um Richtungsänderungen vorzunehmen - hauptsächlich Formationsfliegen, einschließlich Segelflugzeugschleppen. Wenn Sie sich in der Nähe eines anderen Flugzeugs befinden, ist es keine gute Idee, näher an das Flugzeug heranzukommen, in dem Sie sich befinden. Wenn Sie durch Schleudern manövrieren und dabei die Ineffizienz von Schleudermanövern ausnutzen, die Sie vielleicht sagen, um subtile Positionsänderungen vornehmen zu können, besteht weniger das Risiko, auf Ihr Formationsobjekt zu stoßen. Segelflugzeugpiloten lernen auch, die seitliche Position durch Kufen und minimale Bankmengen anzupassen, wenn dies erforderlich ist.

Nach oben / unten und links / rechts zu gieren wäre für ein hochflügeliges Diederdesign ausreichend, wenn keine Seitenwindkontrolle erforderlich wäre. Eine Dieder mit hohem Flügel macht schöne Kurven, indem Sie einfach das Ruder drücken. Die Dieder biegt das Flugzeug vom ruderinduzierten Schlupf weg. Hervorragend geeignet für Modelle in Innenräumen.

Leider wäre diese Konstruktion in einer Situation mit Seitenwind im Freien (Pilot im Flugzeug) bei Querwind sehr schwer zu steuern, ohne dass Querruder das Flugzeug in den Wind stützen (in der richtigen Reihenfolge) um ein seitliches Abdriften zu verhindern), während das Ruder die Bodenrichtung beibehält.

Ohne Querruder würde dieser Flugzeugtyp leicht gerollt und außer Kontrolle geraten, es sei denn, er wäre direkt im Wind gelandet.

Wenn sich ein Flugzeug bewegt, z. Norden und man möchte, dass es sich nach Nordosten bewegt, muss man eine Kraft nach Osten auf das Flugzeug ausüben. Auf eine Ebene wirken vier Arten von Kräften: Schub, Widerstand (Kraft parallel zur Bewegung), "Auftrieb" (Kraft senkrecht zur Bewegung) und Schwerkraft. Die Richtung der Schwerkraft kann nicht geändert werden, und der Luftwiderstand verläuft parallel zu der Richtung, in die sich das Flugzeug bewegt, und nicht in die Richtung, in die es fliegen soll. Die einzigen zwei Kräfte, die verwendet werden können, um die Bewegungsrichtung des Flugzeugs zu ändern (im Gegensatz zum Zeigen), sind Schub und Auftrieb.

Wenn man nicht sehr schnell dreht, kann man die eines Flugzeugs ändern Bewegungsrichtung, während die Flügel von Seite zu Seite "waagerecht" gehalten werden, aber die Fähigkeit, dies in den meisten Ebenen zu tun, wäre sehr begrenzt, da der Schub im Verhältnis zum Auftrieb gering ist und die Flügel so ausgelegt sind, dass sie aus der relativen Luftbewegung in a Auftrieb erzeugen Richtung von vorn nach hinten und nicht seitwärts. Folglich wäre es nicht möglich, die Schubrichtung relativ zur Bewegungsrichtung sehr stark zu ändern, ohne die Flügel unwirksam zu machen. Banking ermöglicht es, die Richtung eines Flugzeugs viel effektiver zu ändern, da nicht ein winziger Teil der relativ kleinen Schubkraft für diesen Zweck verwendet wird, sondern ein viel größerer Teil einer viel größeren Auftriebskraft.

As Das von Quiet Flier erwähnte Seitenprofil des Rumpfes kann in Bezug auf Luft, die sich in einem seitlichen Winkel am Flugzeug vorbei bewegt, wie ein Flügel wirken und somit eine gewisse seitliche Beschleunigung bewirken, da die Körper der meisten Flugzeuge jedoch nicht dafür ausgelegt sind Wenn sie auf diese Weise verwendet werden, erzeugen sie eine weitaus effektivere Kraft senkrecht zur Luftbewegung als Flügel, die tatsächlich für diesen Zweck ausgelegt sind.