Skrzydło dwuścienne w dwupłatowcu
Czy dwupłatowiec byłby w stanie latać, gdyby górne i dolne skrzydła znajdowały się w przeciwległej dwuściennej? Wyobraź sobie konfigurację skrzydła podobną do fikcyjnego projektu „X-winga” ze StarWars. Jakie byłyby teoretyczne wady i zalety takiego podejścia? Zignoruj silniki, kadłub, ogon itp
Co się stanie, jeśli doprowadzisz to do logicznego ekstremum i zrobisz wszystkie skrzydła pod kątem 45 stopni?
Odpowiedzi
Głównym problemem w przypadku dwupłatowców jest separacja między płaszczyznami w stosunku do cięciwy skrzydła. Muszą być dobrze oddzielone, aby uniknąć zakłóceń, a tym samym nieefektywności. Anhedralna dolna i dwuścienna górna zwiększają separację w kierunku końcówek, dzięki czemu są bardziej wydajne. Innym sposobem patrzenia na to jest to, że sekcje środkowe są zgrupowane blisko siebie, co czyni je nieefektywnymi. Ale końcówki już cierpią na większą nieefektywność z powodu rozlania powietrza wokół końców, a sekcje środkowe zapewniają główną siłę nośną. Więc to, co faktycznie robisz, powoduje, że całe skrzydło staje się nieefektywne. Z tego powodu wiele dwupłatowców podnosi górną część środkową znacznie ponad kadłub na rozpórkach kabiny.
Jeśli chodzi o dwuścienny, dwa kąty równoważą się. Jeśli chcesz mieć stabilną płaszczyznę, będziesz musiał zwiększyć dwuścienną w stosunku do anhedralnej.
Przy ekstremalnych kątach, powiedzmy 45 stopni, skrzydło oferuje znaczną powierzchnię boczną. Ta konfiguracja jest w rzeczywistości powszechna w szybkich pociskach powietrze-powietrze, w połączeniu z ogonem krzyżowym, ponieważ powierzchnie sterowe mogą teraz generować siły boczne, co może znacznie poprawić manewrowość.
Jest linia samolotów, które już to zrobiły, przynajmniej trochę.
Konstrukcje skrzydeł tandemowych Rutan Quickie mają dokładnie taką konfigurację, z wyjątkiem tego, że skrzydła są radykalnie rozłożone, ponieważ przednie skrzydło jest powierzchnią sterującą trymowaniem / nachyleniem, a kąty dwuścienne / kątowe są płytsze. Ale patrząc z przodu, oto jest.
Anhedralny przedni błotnik znajduje się głównie tam, ponieważ tam idą koła. Wersje 2-miejscowego Q2, które mają konwencjonalne trójkołowe koło zębate, mają prawie proste dolne skrzydło, ponieważ większość anedru jest „przeszkodą” (końcówki blisko ziemi stają się teraz problemem bez kół).
Problem z konfiguracją jest inny niż możliwość umieszczenia biegów na końcach skrzydeł w aplikacji Rutana, nie ma to sensu. Te anhedralne skrzydła eliminują dwuścienne skrzydła, tworząc perspektywę stabilności toczenia, dzięki czemu wynik jest mniej więcej taki sam, jak wyprostowanie wszystkich skrzydeł. Jeśli chcesz umieścić tam koła, musisz sprawić, aby dźwigary działały podwójnie, ponieważ naprawdę długie resory piórowe (obciążenia zginające podczas lądowania są znacznie trudniejsze na drzewcach niż obciążenia w locie), a występują problemy z obsługą naziemną z kołami, więc daleko od siebie.
Równie dobrze można więc uniknąć kłopotów związanych z wytwarzaniem giętych belek dźwigarowych i w pierwszej kolejności sprawić, że będą one proste w poprzek lub przynajmniej z bardziej normalnymi kątami dwuściennymi. To mniej więcej coś, co wyglądało fajnie z perspektywy science fiction.
Z punktu widzenia fizyki nie ma szczególnej potrzeby , aby w samolocie znajdował się dwuścienny. Jest tam dla stabilności. Jeśli przewrócisz się na jedną stronę, w naturalny sposób zaczniesz się ślizgać na tę stronę. W samolocie z dodatnim dwuściennym poślizgiem ten poślizg oznacza, że dolne skrzydło będzie miało większy udźwig niż górne skrzydło. To tworzy moment kołysania z powrotem do poziomu.
Skrzydło anhedralne (ujemne dwuścienne) miałoby odwrotny skutek, zwiększając prędkość przechylania od poziomu. Zwróć uwagę, że niekoniecznie jest to zła rzecz: samoloty (takie jak An-225 ) mogą być zbyt stabilne, a tym samym zbyt trudne do przetoczenia, kiedy naprawdę chcesz. Posiadanie anhedralnych skrzydeł rozwiązuje ten problem.
Ale jest inny efekt. Zarówno dwuścienny, jak i anedryczny nieznacznie zmniejszają siłę nośną. Ponieważ wektory siły nośnej każdego skrzydła nie są równoległe, niewielka część siły nośnej, którą mogły wygenerować skrzydła, jest tracona. Przekłada się to na nieco większe prędkości przeciągnięcia i nieco większy opór.
Krótko mówiąc, każde „dobre”, które mogą zrobić dwa przeciwległe zestawy skrzydeł, znosi się nawzajem *, podczas gdy „złe” sumuje się. Możesz sprawić, by taki samolot latał, byłby po prostu mniej wydajny niż byłby w innym przypadku.
* Oczywiście, jeśli nie są ustawione pod równymi kątami lub jeden jest większy od drugiego, lub mają różne kształty płatów itp., To nie zostaną one całkowicie anulowane, a nadal uzyskasz efekt w oparciu o to, jeden jest „silniejszy”.
W latach osiemdziesiątych (kiedy Gwiezdne Wojny były jeszcze dość świeże) istniało kilka różnych projektów modeli sterowania radiowego, które miały układ „X-winga” - dwupłatowiec bez rozpórki z mniej więcej równą górną dwuścienną i dolną anedrą. Jeden był kanardą, a drugi bezogonowym (żeby jeszcze bardziej przypominać X-winga z filmu).
Leciały dobrze, z bardzo neutralną stabilnością samolotu akrobacyjnego Pattern (pre-3D, przed Turnaround) „idź tam, gdzie wskażesz”. Nie potrafili latać ostrzem noża, ponieważ mieli niewielki autorytet steru i nie mogli utrzymać nosa pod kątem 90 stopni (iz tego samego powodu byli niechlujni w przewrotach punktowych), ale w locie nieakrobatycznym radzili sobie mniej więcej tak samo. a także konwencjonalny model środkowego skrzydła, zero-dwuścienny wzór tego dnia.