Varför kan ' t horisontella stabilisatorer vara längre än de är idag?

De horisontella stabilisatorerna kan vara längre, de behöver bara inte behöva vara längre än de är.

Varje ytterligare kvadrattum lägger till inducerad drag och parasitisk (form / profil) dra som kostar bränsle så att de inte blir större än nödvändigt för att ge adekvat kontroll över planet.

På de flesta flygplan är de horisontella ytorna på baksidan horisontella stabilisatorer. Dessa ytor ger faktiskt negativ lyft, vilket balanserar tyngdpunkten framför lyftkraftens centrum. Denna kraftbalans ger naturlig stabilitet på ett enkelt sätt, varför är standardutformningen för både stora och små flygplan. Naturligtvis arbetar denna negativa lyft mot huvudvingen, vilket ökar dragningen, så denna yta hålls så liten som möjligt för att ge tillräcklig stabilitet med så lite drag som möjligt.

Det finns en flygplanlayout som kallas tandemvinge , där det finns två vingar i tandemkonfiguration som båda ger lyft uppåt.

Kommentarer

• Ehh, nej. Dessa ytor ’ kan ’ ger negativ lyft vilket kan vara önskvärt när du vill trycka svansen nedåt (för att dra upp näsan.) men lika kan de generera positivt lyft för att dra svansen uppåt (och näsan nedåt). De är vanligtvis utformade för att vara lyftneutrala är de flesta omständigheter för att minska drag och bränsleförbrukning.
• @PaulSmith: Nej, att göra den bakre vingen lyftneutral skulle vara ineffektiv och producera för mycket stabilitet. Normalt är lyft på den bakre vingen mindre per ytenhet än på den främre vingen, men ändå positiv, även vid hög hastighet. Titta bara på vingarnas position – cg är mellan båda, så båda behöver skapa lyft.
• Dessutom kanarder .
• Paul och Peter pratar om två olika saker – Paul ’ hänvisar till horisontella stabilisatorer på flygplan med konventionell layout (som diskuteras i första delen av fot ’ s svar) medan Peter pratar om den bakre vingen på ett tandemflygplan.

Svansytorna på ett flygplan kallas också ”empennage”, en term som härstammar från det franska ordet för att dra en pil. Termen indikerar alltså syftet. De horisontella och vertikala stabilisatorerna är exakt det, stabilisatorer. Deras syfte är att hålla flygkroppen i linje med den relativa vinden som orsakas av flygplanet som rör sig genom luften. Utan dem kan planet enkelt komma in i en sidoslip eller en tumla. De ger också kontroll över tonhöjd och gir genom att omdirigera den anhöriga vind uppåt eller nedåt, med motsatt effekt på flygplanet (Newtons tredje lag).

De är inte avsedda att generera lyft för att motverka tyngdkraften, och i många fall gör den horisontella stabilisatorn precis tvärtom tillhandahålla en nedåtriktad kraft på flygplanets baksida genom en kombination av negativ stigning och ”downwash” av luft från vingarna. Detta håller näsan uppåt framåt och kompenserar för en lätt nästung viktfördelning som i sin tur ger önskvärda flygegenskaper såsom tendensen att nosas ner i en stall (om du kommer att falla ut ur himlen, du kan lika gärna falla i en attityd som återställer en låg attackvinkel och därmed har potential för dig att återhämta dig.

Därför är de i en traditionell konfiguration inte större än de är för att de behöver inte vara.En större horisontell stabilisator ökar luftmotståndet på grund av den större ytan och volymen av förskjuten luft, utan någon verklig förstärkning. Potentiellt skulle kontrollytan kunna ökas, men det finns en gräns för hur stor den kan vara innan de krafter som verkar på kontrollytan i en avböjd position överstiger materialets styrka hos kontrollytan eller flygplanet. Redan innan gör större kontrollytor planet mer känsligt för inmatning av stick / ok, vilket är användbart för en stridsflygplan eller aerobatflygplan, men potentiellt dödligt för ett plan som är utformat för användning av ”allmans” piloten.

Som redan nämnts kan de vara, men inte, för att minska drag.

Generellt sett är de horisontella stabilisatorerna i nuvarande generation av flygplan mindre än sina föregångare. Detta är ett resultat av framstegen inom design av flygplanet med införandet av flyg-för-tråd-system.

De horisontella stabilisatorerna är utformade för att ge flygplanets stabilitet genom att ge en negativ pitching moment. Flygplanets vinge är i sig själv instabil. När lyft genereras, vingar vingen uppåt, vilket ökar attackvinkeln, ökar lyft. Denna process fortsätter tills vingarna stannar. Den horisontella stabilisatorn är i själva verket en mindre vinge belägen vid andra sidan av tyngdpunkten på ett längre avstånd, vilket negerar detta stigningsögonblick hos huvudvingen.

Så i princip producerar den horisontella stabilisatorn en > positivt lyft men ett negativt stigande ögonblick . Ju större den horisontella stabilisatorn är, mer lyft och stabilitet, men också drag.

Ett sätt att minska drag är att ha en mindre horisontell stabilisator, men detta minskar stabiliteten, vilket kräver att piloten kontinuerligt justerar kontrollerna för att flyga flygplanet. Introduktionen av datorstyrda kontroller (fly-by-wire-system) innebar dock att flygplanet kunde vara instabilt, med datorn som justerade kontrollerna kontinuerligt för att uppnå stabil flygning.

Som ett resultat designade flygplanet efter 1990-talet har mestadels styrsystem med mindre horisontella stabilisatorer, vilket resulterar i mindre drag och minskad bränsleförbrukning.

Jämför som exempel de horisontella stabilisatorerna för DC10 och MD11.

Concorde-designers tog ett annat tillvägagångssätt: de tog bort de horisontella svansplanen för att minska dragningen så mycket som möjligt.

Varje onödig sak (pod / pylon / etc.) på utsidan av flygkroppen eller under vingarna lägg till drag, även utan att generera lyft.

Ett annat historiskt exempel är MD-11, utvecklingen av DC-10. Om du märker har MD-11, även om den är längre och tyngre, mindre svansplan för bättre kryssningsprestanda.

Kommentarer

• Jag märker en lätt utbuktning i svansen på Concorde, ungefär var de bakre horisontella stabilisatorerna skulle vara. Jag skulle ha gissat att den finns där av en liknande anledning, om än ganska liten.
• @KRyan vilken utbuktning? Om du ’ hänvisar till de två ” utbuktar ” på den vertikala stabilisatorn ’ är bara kåpan för rodermanöverdonen.Om du tittar på båda sidor märker du ’ att de ’ inte är symmetriska: den vänstra flyttade den nedre delen av rodret, medan den högra flyttade den övre delen.
• ah, rätt är du.

Det horisontella svansplanet kan vara längre, för att hålla svansområdet konstant skulle ackordet reduceras i enlighet därmed. Det högre svansförhållandet skulle resultera i ett högre rotböjningsmoment, därför en tyngre konstruktion.

Ett högre bildförhållande minskar inducerat drag, mycket önskvärt i huvudvingen men av sekundär betydelse i bakplanet. Inducerat drag är proportionellt mot lyft och lyftgenerering av bakplanet minimeras ändå, för minimalt trimdrag.