Flügeldieder in einem Doppeldecker
Würde ein Doppeldecker fliegen können, wenn sich der obere und der untere Flügel in der gegenüberliegenden Dieder befinden? Stellen Sie sich eine Flügelkonfiguration vor, die dem fiktiven "X-Wing" -Design von StarWars ähnelt. Was wären die theoretischen Vor- und Nachteile eines solchen Ansatzes? Ignorieren Sie die Motoren, den Rumpf, das Heck usw.
Was passiert, wenn Sie es auf das logische Extrem bringen und alle Flügel in einem Winkel von 45 Grad herstellen?
Antworten
Das Hauptproblem bei Doppeldeckern ist die Trennung zwischen den Ebenen in Bezug auf die Flügelsehne. Sie müssen gut voneinander getrennt sein, um Störungen und damit Ineffizienz zu vermeiden. Anhedrische untere und Diederobere erhöhen den Abstand zu den Spitzen und machen sie effizienter. Eine andere Sichtweise ist, dass die Mittelteile eng beieinander liegen, was sie ineffizient macht. Die Spitzen weisen jedoch bereits größere Ineffizienzen auf, da Luft um die Enden herum verschüttet wird, wobei die Mittelteile den Hauptlift bilden. Was Sie also tatsächlich tun, ist, den gesamten Flügel ineffizient zu machen. Aus diesem Grund heben viele Doppeldecker den oberen Mittelteil bei Cabane-Streben weit über den Rumpf.
Was die Dieder betrifft, gleichen sich die beiden Winkel aus. Wenn Sie eine stabile Ebene wünschen, müssen Sie die Dieder über der Dieder vergrößern.
Bei extremen Winkeln, beispielsweise 45 Grad, bietet der Flügel eine erhebliche Seitenfläche. Diese Konfiguration ist in der Tat bei Hochgeschwindigkeits-Luft-Luft-Raketen in Verbindung mit einem kreuzförmigen Heck üblich, da die Steuerflächen jetzt Seitenkräfte erzeugen können und dies die Manövrierfähigkeit erheblich verbessern kann.
Es gibt eine Reihe von Flugzeugen, die es zumindest ein bisschen schon getan haben.
Die Quickan-Designs des Rutan-Tandemflügels sind genau diese Konfiguration, mit der Ausnahme, dass die Flügel radikal versetzt sind, da der vordere die Trimm- / Pitch-Steuerfläche ist und die Dieder- / Anederwinkel geringer sind. Aber von geradeaus betrachtet, da ist es.
Die Kathedrale des Frontflügels ist größtenteils dort, weil dort die Räder fahren. Versionen des 2-Sitzer Q2 mit einem herkömmlichen Dreiradgetriebe haben einen fast geraden unteren Flügel, da der größte Teil der Kathedrale "im Weg" ist (Spitzen in Bodennähe werden jetzt ohne Räder zum Problem).
Das Problem bei der Konfiguration ist, dass das Getriebe in Rutans Anwendung nicht an den Flügelspitzen angebracht werden kann. Es hat keinen Sinn. Diese anhedrischen Flügel heben die Diederflügel auf, bilden eine Rollstabilitätsperspektive und machen das Ergebnis mehr oder weniger so, als würden alle Flügel gerade gemacht. Wenn Sie die Räder dort platzieren möchten, müssen Sie die Holme als wirklich lange Blattfedern doppelt ausführen (Biegebelastungen durch Landung sind für die Holme viel schwerer als Fluglasten), und es gibt Probleme mit der Bodenabfertigung der Räder weit auseinander.
Vermeiden Sie also genauso gut den Aufwand, gebogene Holmbalken herzustellen, und machen Sie sie zunächst gerade oder zumindest mit normaleren Diederwinkeln. Es ist mehr oder weniger nur etwas, das aus Science-Fiction-Sicht cool aussah.
Aus physikalischer Sicht besteht keine besondere Notwendigkeit , eine Dieder in einem Flugzeug zu haben. Es ist da für Stabilität. Wenn Sie zur Seite rollen, rutschen Sie natürlich auf diese Seite. In einem Flugzeug mit einer positiven Dieder bedeutet dieser Schlupf, dass der untere Flügel einen größeren Auftrieb hat als der obere Flügel. Dies erzeugt einen rollenden Moment zurück in Richtung Ebene.
Ein anhedrischer (negativer Dieder) Flügel hätte den gegenteiligen Effekt und würde die Rollrate vom Niveau weg erhöhen. Beachten Sie, dass dies nicht unbedingt eine schlechte Sache ist: Es ist möglich, dass Flugzeuge (wie die An-225 ) zu stabil sind und daher zu schwer zu rollen sind, wenn Sie es tatsächlich wollen. Mit anhedrischen Flügeln wird dieses Problem behoben.
Aber es gibt noch einen anderen Effekt. Sowohl die Dieder als auch die anhedrischen reduzieren den Auftrieb geringfügig. Da die Auftriebsvektoren jedes Flügels nicht parallel sind, geht ein kleiner Teil des Auftriebs, den die Flügel möglicherweise erzeugt haben, verloren. Dies führt zu etwas höheren Stallgeschwindigkeiten und etwas mehr Luftwiderstand.
Kurz gesagt, jedes "Gute", das die beiden gegenüberliegenden Flügelsätze tun könnten, würde sich gegenseitig aufheben *, während sich das "Schlechte" addieren würde. Sie könnten ein solches Flugzeug zum Fliegen bringen, es wäre einfach weniger effizient als es sonst gewesen wäre.
* Wenn sie nicht in gleichen Winkeln stehen oder einer größer als der andere ist oder unterschiedliche Tragflächenformen usw. hat, werden sie natürlich nicht perfekt aufgehoben, und Sie erhalten immer noch einen Effekt, der darauf basiert man ist "stärker".
In den 1980er Jahren (als Star Wars noch ziemlich frisch war) gab es einige verschiedene Modelle von Funksteuerungsmodellen, die das "X-Wing" -Layout hatten - einen strebenlosen Doppeldecker mit ungefähr gleicher oberer und unterer Dieder. Einer war ein Canard, der andere war schwanzlos (um noch mehr wie ein X-Wing aus dem Film auszusehen).
Sie flogen gut, mit der sehr neutralen Stabilität eines Kunstflugflugzeugs mit Muster (vor 3D, vor dem Turnaround). Sie konnten nicht mit der Messerschneide fliegen, weil sie wenig Ruderautorität hatten und die Nase nicht auf einer 90-Grad-Bank halten konnten (und aus dem gleichen Grund in Punktrollen schlampig waren), aber im nicht-Kunstflug handhabten sie ungefähr so sowie ein herkömmliches Mittelflügel-Design mit Null-Dieder-Muster des Tages.