Diedro alare in un biplano
Un biplano sarebbe in grado di volare se le ali superiore e inferiore fossero nel diedro opposto? Immagina una configurazione dell'ala simile al design immaginario "X-wing" di StarWars. Quali sarebbero i pro e i contro teorici dell'utilizzo di un tale approccio? Ignora i motori, la fusoliera, la coda, ecc
Cosa succede se lo porti al suo estremo logico e fai tutte le ali ad angoli di 45 gradi?
Risposte
Il problema principale con i biplani è la separazione tra i piani, in relazione alla corda alare. Devono essere ben separati per evitare interferenze e quindi inefficienze. L'anedro inferiore più il diedro superiore aumentano la separazione verso le punte, rendendole più efficienti. Un altro modo di vederlo è che le sezioni centrali sono raggruppate vicine, rendendole inefficienti. Ma le punte soffrono già di maggiori inefficienze a causa della fuoriuscita di aria intorno alle estremità, con le sezioni centrali che forniscono il sollevamento principale. Quindi quello che stai facendo in realtà è rendere inefficiente l'intera ala. Questo è il motivo per cui molti biplani sollevano la sezione centrale superiore ben al di sopra della fusoliera su montanti cabane.
Per quanto riguarda il diedro, i due angoli si bilanciano a vicenda. Se vuoi un piano stabile dovrai aumentare il diedro sopra l'anedro.
Ad angoli estremi, diciamo 45 gradi, l'ala offre un'area laterale significativa. Questa configurazione è infatti comune sui missili aria-aria ad alta velocità, in combinazione con una coda cruciforme, poiché le superfici di controllo possono ora generare forze laterali e questo può migliorare notevolmente la manovrabilità.
C'è una linea di aeroplani che l'hanno già fatto, almeno un po '.
I modelli Quickie dell'ala tandem Rutan sono esattamente quella configurazione, tranne per il fatto che le ali sono radicalmente sfalsate perché quella anteriore è la superficie di regolazione del passo / passo e gli angoli diedro / anedro sono più bassi. Ma visto da davanti, eccolo.
L'anedra dell'ala anteriore è per lo più lì perché è lì che vanno le ruote. Le versioni del Q2 a 2 posti che hanno una marcia da triciclo convenzionale, hanno un'ala inferiore quasi diritta perché la maggior parte dell'anedra è "di mezzo" (le punte vicino al suolo diventano un problema ora senza ruote lì).
Il problema con la configurazione è altro che essere in grado di mettere la marcia sulle punte delle ali nell'applicazione di Rutan, non ha senso. Quelle ali anedriche annullano le ali diedri, formano una prospettiva di stabilità al rollio, rendendo il risultato più o meno uguale a quello di rendere tutte le ali diritte. Se vuoi mettere le ruote lì, devi fare in modo che i longheroni facciano il doppio lavoro come molle a balestra molto lunghe (i carichi di flessione dall'atterraggio sono molto più difficili sui longheroni rispetto ai carichi di volo), e ci sono problemi di manovra a terra con le ruote quindi distanti.
Quindi tanto vale evitare i fastidi di fabbricare travi di longheroni piegati e renderli dritti in primo luogo, o almeno con angoli diedri più normali. È più o meno solo qualcosa che sembrava interessante da una prospettiva di fantascienza.
Non c'è bisogno particolare , dal punto di vista della fisica, di avere un diedro in aereo. È lì per la stabilità. Se rotoli su un lato, inizi naturalmente a scivolare su quel lato. In un aereo che ha un diedro positivo, questo slittamento significa che l'ala inferiore avrà una portanza maggiore rispetto all'ala superiore. Questo crea un momento di rotolamento indietro verso il livello.
Un'ala anedrica (diedro negativo) avrebbe l'effetto opposto, aumentando la velocità di rollio lontano dal livello. Nota che questo non è necessariamente un aspetto negativo: è possibile che gli aerei (come l' An-225 ) siano troppo stabili e quindi troppo difficili da rotolare quando lo desideri. Avere ali anedre risolve questo problema.
Ma c'è un altro effetto. Sia il diedro che l'anedro riducono leggermente la portanza. Poiché i vettori di portanza di ciascuna ala non sono paralleli, una piccola parte della portanza che le ali potrebbero aver generato viene persa. Ciò si traduce in velocità di stallo leggermente più elevate e in una resistenza leggermente superiore.
In breve, qualsiasi "buono" che i due gruppi di ali opposti potrebbero fare si annullerebbe a vicenda *, mentre il "cattivo" si sommerebbe. Potresti far volare un aereo del genere, sarebbe solo meno efficiente di quanto sarebbe stato altrimenti.
* Ovviamente, se non sono ad angoli uguali, o uno è più grande dell'altro, o hanno diverse forme di profilo alare, ecc., Allora non si annulleranno perfettamente e otterrai comunque qualche effetto in base a quale uno è "più forte".
Negli anni '80 (quando Star Wars era ancora abbastanza fresco) c'erano un paio di modelli di modelli di radiocomandi diversi che avevano il layout "X-wing" - un biplano senza montanti con diedro superiore e anedro inferiore approssimativamente uguali. Uno era un canard, l'altro era senza coda (per assomigliare ancora di più a un X-wing del film).
Hanno volato bene, con la stabilità molto neutra "va dove lo punti" di un aeroplano acrobatico Pattern (pre-3D, pre-Turnaround). Non potevano volare con il filo del coltello, perché avevano poca autorità sul timone e non potevano tenere il muso alto a 90 gradi di inclinazione (ed erano sciatti nei rotoli di punta per lo stesso motivo), ma nel volo non acrobatico, si comportavano come così come un design convenzionale a metà ala e zero diedro del modello del giorno.