Warum können ' t horizontale Stabilisatoren nicht länger sein als heute?

Die horizontalen Stabilisatoren können länger sein, sie müssen nur nicht länger sein als sie sind.

Jeder zusätzliche Quadratzoll fügt induzierten Widerstand und parasitären Widerstand (Form / Profil) hinzu was Treibstoff kostet, damit sie nicht größer als nötig gemacht werden, um eine angemessene Kontrolle über das Flugzeug zu gewährleisten.

Bei den meisten Flugzeugen sind die horizontalen Flächen im Heck horizontale Stabilisatoren. Diese Oberflächen sorgen tatsächlich für einen negativen Auftrieb, der den Schwerpunkt vor dem Mittelpunkt der Auftriebskraft ausgleicht. Dieses Kräfteverhältnis sorgt auf einfache Weise für natürliche Stabilität, weshalb es sowohl für große als auch für kleine Flugzeuge Standard ist. Natürlich wirkt dieser negative Auftrieb gegen den Hauptflügel, wodurch der Luftwiderstand erhöht wird, sodass diese Oberfläche so klein wie möglich gehalten wird, um eine ausreichende Stabilität bei möglichst geringem Luftwiderstand zu gewährleisten.

Es wird ein Flugzeuglayout genannt Tandemflügel , wobei sich zwei Flügel in einer Tandemkonfiguration befinden, die beide einen Auftrieb nach oben bieten.

Kommentare

• Ehh, nein. Diese Oberflächen ‚ können ‚ einen negativen Auftrieb bieten, der wünschenswert sein kann, wenn Sie den Schwanz nach unten drücken möchten (um die Nase nach oben zu ziehen). aber ebenso können sie einen positiven Auftrieb erzeugen, um den Schwanz nach oben (und die Nase nach unten) zu ziehen. Sie sind in der Regel so ausgelegt, dass sie liftneutral sind, um den Luftwiderstand und den Kraftstoffverbrauch zu senken.
• @PaulSmith: Nein, es wäre ineffizient, den Heckflügel liftneutral zu machen, und dies würde zu viel Stabilität erzeugen. Normalerweise ist der Auftrieb am Heckflügel pro Flächeneinheit geringer als am Vorderflügel, aber auch bei hoher Geschwindigkeit immer noch positiv. Schauen Sie sich nur die Position der Flügel an – die CG liegt zwischen beiden, daher müssen beide Auftrieb erzeugen.
• Außerdem Canards .
• Paul und Peter sprechen über zwei verschiedene Dinge – Paul ‚ bezieht sich auf horizontale Stabilisatoren in Flugzeugen mit konventionellem Layout (wie im ersten Teil von fooot ‚ s Antwort), während Peter über den Heckflügel eines Tandemflügelflugzeugs spricht.

Die Heckflächen eines Flugzeugs werden auch als „Leitwerk“ bezeichnet, ein Begriff, der vom französischen Wort für das Befiederung eines Pfeils stammt. Der Begriff gibt somit den Zweck an. Die horizontalen und vertikalen Stabilisatoren sind genau das, Stabilisatoren. Ihr Zweck ist es, den Rumpf des Flugzeugs im Einklang mit dem relativen Wind zu halten, der durch das Flugzeug verursacht wird, das sich durch die Luft bewegt. Ohne sie könnte das Flugzeug leicht in einen Seitenschlupf oder einen Sturz geraten. Sie bieten auch eine Nick- und Gierkontrolle, indem sie den Verwandten umleiten Wind nach oben oder unten, was den gegenteiligen Effekt auf die Flugzeugzelle hat (Newtons drittes Gesetz).

Sie sollen keinen Auftrieb erzeugen, um der Schwerkraft entgegenzuwirken, und in vielen Fällen bewirkt der horizontale Stabilisator genau das Gegenteil. Bereitstellen einer nach unten gerichteten Kraft auf der Rückseite des Flugzeugs durch eine Kombination aus negativer Steigung und „Abwaschen“ der Luft von den Tragflächen. Dies hält die Nase während des Vorwärtsfluges hoch und gleicht eine leicht nasenlastige Gewichtsverteilung aus, die wiederum wünschenswerte Flugeigenschaften wie die Tendenz zum Absenken in einem Stall bietet (wenn Sie vom Himmel fallen, Sie könnte genauso gut in eine Haltung fallen, die einen niedrigen Anstellwinkel wiederherstellt und somit das Potenzial für eine Wiederherstellung bietet.

Daher sind sie in einer herkömmlichen Konfiguration nicht größer als sie sind, weil sie es sind muss nicht sein.Ein größerer horizontaler Stabilisator erhöht den Luftwiderstand aufgrund der größeren Oberfläche und des größeren Volumens der verdrängten Luft ohne wirklichen Gewinn. Möglicherweise könnte die Steuerfläche vergrößert werden, aber es gibt eine Grenze, wie groß sie sein können, bevor die Kräfte, die in einer ausgelenkten Position auf die Steuerfläche wirken, die Materialfestigkeit der Steuerfläche oder der Flugzeugzelle überschreiten. Schon vorher machen größere Steuerflächen das Flugzeug empfindlicher für Stick / Joch-Eingaben, was für ein Kampfflugzeug oder ein Kunstflugflugzeug nützlich ist, aber für ein Flugzeug, das für den „Jedermann“ -Piloten entwickelt wurde, möglicherweise tödlich ist.

Wie bereits erwähnt, können sie sein, sind es aber nicht, um den Luftwiderstand zu verringern.

Im Allgemeinen sind die horizontalen Stabilisatoren in der gegenwärtigen Flugzeuggeneration kleiner als ihre Vorgänger. Dies ist ein Ergebnis der Fortschritte bei der Konstruktion des Flugzeugs mit der Einführung von Fly-by-Wire-Systemen.

Die horizontalen Stabilisatoren sind so ausgelegt, dass sie dem Flugzeug Stabilität verleihen, indem sie ein negatives Pitching-Moment. Der Flugzeugflügel an sich ist instabil. Wenn ein Auftrieb erzeugt wird, neigt sich der Flügel nach oben, was den Anstellwinkel vergrößert und den Auftrieb erhöht. Dieser Vorgang dauert an, bis der Flügel blockiert. Der horizontale Stabilisator ist effektiv ein kleinerer Flügel, der sich auf der anderen Seite des Schwerpunkts in größerer Entfernung befindet und dieses Nickmoment des Hauptflügels negiert.

Im Grunde erzeugt der horizontale Stabilisator also ein positiver Auftrieb , aber ein negatives Nickmoment . Je größer der horizontale Stabilisator ist, desto höher ist der Auftrieb und die Stabilität, aber auch der Luftwiderstand.

Eine Möglichkeit, den Luftwiderstand zu verringern, besteht darin, einen kleineren horizontalen Stabilisator zu haben. Dies verringert jedoch die Stabilität und erfordert, dass sich der Pilot kontinuierlich anpasst die Kontrollen, um das Flugzeug zu fliegen. Die Einführung computergesteuerter Steuerungen (Fly-by-Wire-Systeme) führte jedoch dazu, dass das Flugzeug instabil sein konnte, wobei der Computer die Steuerungen kontinuierlich anpasste, um einen stabilen Flug zu erreichen.

Infolgedessen wurde das Flugzeug entworfen Nach 1990 haben die meisten Fly-by-Wire-Steuerungssysteme mit kleineren horizontalen Stabilisatoren, was zu weniger Luftwiderstand und geringerem Kraftstoffverbrauch führt.

Vergleichen Sie beispielsweise die horizontalen Stabilisatoren von DC10 und MD11.

Concorde-Designer verfolgten einen anderen Ansatz: Sie entfernten die horizontalen Leitwerke, um den Luftwiderstand so gering wie möglich zu halten.

Alles Unnötige (Pod / Pylon / etc.) Auf der Außenseite des Rumpfes oder unter den Tragflächen wird der Luftwiderstand erhöht, auch ohne Auftrieb zu erzeugen.

Ein weiteres historisches Beispiel ist der MD-11, die Weiterentwicklung des DC-10. Wenn Sie bemerken, hat die MD-11, auch wenn sie länger und schwerer ist, kleinere Leitwerke für eine bessere Reiseleistung.

Kommentare

• Ich bemerke a leichte Ausbuchtung im Heck der Concorde, ungefähr dort, wo sich die hinteren horizontalen Stabilisatoren befinden würden. Ich hätte vermutet, dass es aus einem ähnlichen Grund da ist, wenn auch ziemlich klein.
• @KRyan welche Ausbuchtung? Wenn Sie sich ‚ auf die beiden “ Ausbuchtungen “ am vertikalen Stabilisator beziehen, werden diese angezeigt ‚ sind nur die Verkleidungen für die Ruderantriebe.Wenn Sie beide Seiten betrachten, werden Sie ‚ feststellen, dass sie ‚ nicht symmetrisch sind: Die linke Seite bewegte den unteren Teil des Ruders. während der rechte den oberen Teil bewegte.
• ah, richtig bist du.

Das horizontale Leitwerk kann länger sein. Um den Heckbereich konstant zu halten, wird der Akkord entsprechend reduziert. Das höhere Seitenverhältnis des Hecks würde zu einem höheren Wurzelbiegemoment führen, daher eine schwerere Konstruktion. Ein höheres Seitenverhältnis verringert den induzierten Widerstand, der im Hauptflügel sehr wünschenswert, im Leitwerk jedoch von untergeordneter Bedeutung ist. Der induzierte Luftwiderstand ist proportional zum Auftrieb, und die Auftriebserzeugung des Leitwerks wird ohnehin minimiert, um einen minimalen Trimmwiderstand zu erzielen.