Negatives Wendemoment
Meist unerwünscht ist das negative Wendemoment, das durch die Betätigung der Querruder hervorgerufen wird. Es wurde von den Brüdern Wright bei den Versuchsflügen mit ihrem 1902 Wright Glider entdeckt. Durch einen Querruderausschlag „rollt“ das Flugzeug zwar wie gewünscht, führt aber zusätzlich eine der intuitiven Erwartung entgegengesetzte Bewegung entlang der Hochachse aus, welcher mit einem Seitenruderausschlag ausgeglichen werden muss.
Das negative Wendemoment setzt sich aus mehreren Ursachen zusammen:
Profilwiderstand
Die am weitesten verbreitete Ursache für das negative Wendemoment ist die unterschiedliche Änderung des Profilwiderstands beim Querruderausschlag. Das kurveninnere Querruder bewegt sich nach unten und verringert damit die Wölbung des Profils an dieser Stelle, was einen verringerten Profilwiderstand zur Folge hat. Das kurvenäußere Querruder bewegt sich nach unten und erhöht damit die Wölbung des Profils an dieser Stelle, was einen erhöhten Profilwiderstand zur Folge hat. Somit entsteht durch den höheren Widerstand im Kurvenäußeren und dem geringeren Widerstand im Kurveninneren ein Giermoment um die Hochachse, welches der Querrudereingabe entgegensteht: die Nase des Flugzeugs "dreht nach außen weg". Dieses Phänomen ist allerdings nur zu einem kleinen Teil für das negative Wendemoment verantwortlich. Etwas ausschlaggebender ist der induzierte Widerstand, und am meisten verantwortlich ist die Verkippung der Auftriebsvektoren.
Induzierter Widerstand
Ein weiterer bekannter Faktor beim negativen Wendemoment ist die unterschiedliche Änderung des induzierten Widerstands beim Querruderausschlag. Da die Querruder meist sehr weit außen an den Tragflächen angebracht sind, hat der Ausschlag und die dementsprechende Änderung des Auftriebs auch einen Einfluss auf den induzierten Widerstand, welcher hauptsächlich durch den Druckausgleich am Ende der Tragflächen versursacht wird. Das kurveninnere Querruder verringert den Auftrieb am Flächenende, was eine Verringerung des induzierten Widerstands zur Folge hat. Das kurvenäußere Querruder erhöht den Auftrieb am Flächenende, was eine Erhöhung des induzierten Widerstands zur Folge hat. Ähnlich wie beim Einfluss des Profilwiderstands führt auch hier der ungleichmäßige Widerstand zu einem Giermoment um die Hochachse, welches der Querrudereingabe entgegensteht.
Verkippung der Auftriebsvektoren
Den größten Teil des negativen Wendemoments verursacht die Verkippung der Auftriebsvektoren der Tragflächen. Durch die Rollbewegung infolge eines Querruderausschlags bewegen sich beide Tragflächen in unterschiedliche Richtungen: Die kurveninnere Tragfläche senkt sich, die kurvenäußere Tragfläche hebt sich. Diese Rollgeschwindigkeit beeinflusst auch die Anströmrichtung der Tragflächen: Der effektive Anstellwinkel ändert sich. Verändert man den Blickpunkt und betrachtet das Flugzeug als starr, und die Luft als "rollend um die Längsachse des Flugzeugs", kann man erkennen, dass die kurveninnere Tragfläche eine leichte Anströmung von unten erfährt, während die kurvenäußere Tragfläche eine leichte Anströmung von oben erfährt. Das bedeutet, dass die Anströmung an der kurveninneren Tragfläche eine andere ist, als die der kurvenäußeren Tragfläche, obwohl beide Tragflächen geometrisch den gleichen Einstellwinkel haben. Dies wiederum führt dazu, dass die Auftriebsvektoren, welche senkrecht zur anströmenden Luft stehen, auch gekippt sein müssen: Auf der kurveninneren Tragfläche aufgrund des kleineren effektiven Anstellwinkels nach vorne, und auf der kurvenäußeren Tragfläche aufgrund des größeren effektiven Anstellwinkels nach hinten. Da die beiden Auftriebsvektoren nun nicht mehr in die selbe Richtung zeigen, sondern in der horizontalen Komponente in gegensätzliche Richtungen zeigen, entsteht ein Giermoment um die Hochachse.
