Istnieją dwa główne powody:

• Łatwiej jest podłączyć sekcję kadłuba niż (cofniętą) sekcję skrzydłową. Jeśli zauważysz, jedną rzeczą, która została utrzymana na stałym poziomie we wszystkich modelach, jest przekrój kadłuba. Zasadniczo producent może wykonać inny przekrój kadłuba i dodać go do istniejących.

  Z drugiej strony, jeśli dodana zostanie sekcja skrzydłowa, charakterystyka samolotu ulegnie znacznej zmianie, oprócz trudności w robiąc tak. Jeśli dodajesz sekcję skrzydłową, należy wprowadzić sporo dodatkowych modyfikacji (takich jak powierzchnie sterowe itp.), Które zwiększą koszty, eliminując wszelkie oszczędności, które producent mógłby uzyskać, stosując wspólne części we wszystkich modelach.

• Następnym, być może ważniejszym powodem takiego stanu rzeczy z punktu widzenia linii lotniczych jest zmiana grupy projektowej samolotu. Poniższa tabela pochodzi z FAA AC 150 / 5300-13 Airport Design (definicje ICAO są mniej więcej takie same):

Zdjęcie FAA AC 150 / 5300-13 Airport Design

Na przykład Boeing 737 i Airbus A320 mają rozpiętości skrzydeł na granicy grupa projektowa III (B737 ma 117 stóp 10 cali, podczas gdy A320 ma 117 stóp 5 cali z rekinami). Jakikolwiek wzrost zmieni ADG, co ograniczy liczbę lotnisk, z których można obsługiwać samolot, co nie spodoba się liniom lotniczym.

Na przykład, gdy zwiększono rozpiętość skrzydeł 747-8, Kategoria statku powietrznego została zmieniona (z ICAO kategoria E na F, odpowiednik V na VI) i trzeba było przeprowadzić badania kompatybilności, aby umożliwić operacje na lotniskach, na których 747-400 są już w użyciu.

Linie lotnicze są bardzo szczęśliwe, że stosują różne procedury operacyjne lub rezygnują z innych cech (takich jak zasięg - np. zasięg B737 MAX spada o około 200 mil między MAX 7 a MAX 9; samoloty i tak rzadko obsługują te odległości) za posiadanie tego samego samolotu działają na wielu lotniskach i zmniejszają obciążenie związane z konserwacją, mając wspólne części we wszystkich modelach.

Skrzydło jest bardzo trudne do rozłożenia, w przeciwieństwie do kadłuba, gdy ma cylindryczną część środkową.

Skrzydła muszą mieć takie wymiary, aby nie pękały przy obciążeniu maksymalnym możliwym obciążeniem powietrzem podczas pracy. Osiąga się je, gdy dron leci z silnym prądem wstępnym przy dużej prędkości, a ograniczenia prędkości muszą być przestrzegane przy porywistej pogodzie, aby mieć pewność, że skrzydła pozostaną nienaruszone.

Jeśli na końcach zostanie dodany jakiś obszar, wytworzyć duży moment zginający (siła podnoszenia pomnożona przez ramię dźwigni) przy stosunkowo niewielkim udźwigu. Ten moment zginający jest odpowiedzialny za naprężenia u nasady skrzydła i dlatego musi być ograniczony, aby skrzydło nie odłamało się.

Aby uzyskać większą siłę nośną, modyfikowane są tylko klapy. Porównaj dwa poniższe zdjęcia: Górna przedstawia klapy A319, a dolna przedstawia klapy A321:

A319 klapy w konfiguracja do lądowania (zdjęcie źródło)

Klapy A321 w konfiguracji podejścia (zdjęcie źródło)

Podczas gdy klapa A319 jest jednorzędowa, A321 wykorzystuje drugi segment klapy z dodatkową szczeliną, aby uzyskać trochę więcej siły nośnej z tego samego planu. Ma również głębszą klapę, dzięki czemu cięciwa skrzydła jest nieco zwiększona. Dzięki temu prędkości lądowania obu samolotów są podobne, a maksymalna masa do lądowania samolotu A321 jest o 27,5% wyższa niż w przypadku A319. Aby uzyskać podobne osiągi podczas startu, wybiera się mocniejsze silniki, ale do lądowania skrzydło musi zapewnić większą siłę nośną. Podczas rejsu skrzydło będzie po prostu działało przy wyższym współczynniku siły nośnej.

Tylko w przypadku serii A340-500 / 600 zwiększono powierzchnię skrzydła, wstawiając trójkątną sekcję środkową do profilu, dzięki czemu zarówno cięciwa, jak i rozpiętość można było zwiększyć w porównaniu z A340-200 / 300. Było to możliwe dzięki geometrii nowoczesnych profili nadkrytycznych, ale jest to bardzo rzadkie zjawisko. Oprócz umożliwienia skrzydłu większej siły nośnej, zwiększyło to wewnętrzną objętość paliwa o 50%, dzięki czemu A340-500 stał się samolotem o najdłuższym zasięgu na świecie, kiedy został wprowadzony w 2002 r. Zwiększył również strukturę korzeni i maksymalny moment zginający, więc rozpiętość skrzydeł mogłaby zostać zwiększona.

Porównanie wersji A340 (praca własna). Niebieski to A340-200, czerwony to A340-500. Zwróć uwagę, że cięciwa skrzydeł wzrosła, podczas gdy powierzchnia ogona pozostała niezmieniona.

Krótka odpowiedź: Muszą opracować, zbudować i utrzymywać tylko jeden typ skrzydeł. I nie ma powodu, żeby tego nie robić.

To jednak prowadzi do pytania: Jak to wpływa na wydajność?

Ze wzoru na siłę nośną aerodynamiczną widzimy ogólnie 4 sposoby na zwiększenie siły nośnej skrzydła:

1. Zwiększ kąt natarcia
2. Zwiększ powierzchnię skrzydła
3. Zwiększ prędkość
4. Zwiększ gęstość powietrza

Kąt natarcia
Kąt natarcia określa stan naszego samolotu , jak przeciągnięcie, najlepszy rejs itp. Więc możemy przyjąć to jako ustalone dla danej sytuacji.

Powierzchnia skrzydła
Jak sugerowałeś, możemy zwiększyć rozpiętość lub głębokość.

Prędkość
Podnoszenie idzie z kwadratem prędkości. Aby poradzić sobie z dodatkowym ciężarem większego samolotu, musimy zwiększyć prędkość w danej sytuacji o pierwiastek kwadratowy ze współczynnika obciążenia . Powiedzmy, że większy samolot jest 1,5 razy cięższy, a wszystkie prędkości są skalowane z sqrt (1,5) = 1,22 . Czyli wszystkie charakterystyczne prędkości, takie jak prędkość przeciągnięcia, najlepsza prędkość wznoszenia, najlepsza prędkość przelotowa itp. 1,22-krotna.

Gęstość powietrza
Cóż, nie możemy zmienić gęstości powietrza . Możemy jednak latać w gęstszym powietrzu, czyli niższym. Mówiąc inaczej, cięższy samolot ma niższy pułap usługowy .

Wniosek
Biorąc pod uwagę to samo skrzydło, cięższy samolot radzi sobie gorzej pod względem pułapu usług, krótkiego startu i lądowania, ale lepiej, jeśli chodzi o szybkie przeloty.

Jedna kwestia, o której jeszcze nie wspomniano:

W pełni załadowana i pusta masa samolotu może się znacznie różnić. W przypadku typowego samolotu pasażerskiego masa startowa może wynosić od około 25% do 45% paliwa https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_fraction

Dlatego jest to całkowicie możliwe wariant z długim kadłubem używany na trasach krótkodystansowych i wariant z krótkim kadłubem na trasach długodystansowych (wymagający dużo więcej paliwa), aby mieć dokładnie taką samą masę startową, a tym samym obciążenie skrzydeł.

Więc tak, dana konstrukcja skrzydła ma maksymalne dopuszczalne obciążenie, ale sposób, w jaki można go rozłożyć na% samolot +% paliwa +% ładunku użytecznego może się znacznie różnić.

Z drugiej strony jest z pewnością prawdą, że dzięki standaryzacji, istnieje wiele samolotów z przeprojektowanymi skrzydłami. Widać, że skrzydła A380 mają dość dużą powierzchnię w porównaniu z resztą samolotu. Zostały zaprojektowane z myślą o późniejszym rozciągnięciu samolotu, ale nie było jeszcze większego zainteresowania wersją rozciągniętą.

Z 737-900 nie potrzebowałbyś większej rozpiętości skrzydeł niż 737-700 ze względu na dodatkowy ciężar, który nosisz, i potrzebujesz większej siły nośnej, aby utrzymać ten dodatkowy ciężar.

Zrobiłbyś to, gdyby rozpiętość skrzydeł 737-700 została zaprojektowana tak, aby odpowiadała limitom konstrukcyjnym kadłuba 737-700. Ale tak nie jest. Zamiast tego rozpiętość skrzydeł całej rodziny jest projektowana na granicy projektowej dla największego członka rodziny.

Innymi słowy, możemy sformułować Twoje pytanie jako:

Czy skrzydła 737-900 nie są za małe?

A odpowiedź brzmi: nie, skrzydła 737-700 są za duże!

Prawdą jest, że do podniesienia dodatkowego ciężaru większego wariantu wymagana jest większa siła nośna. Można to osiągnąć dzięki większemu skrzydłu, ale także lecąc szybciej lub pod większym kątem natarcia lub jednym i drugim.

Cały sens wprowadzenia rodzin samolotów, takich jak 737, polega na pokryciu dużego segmentu rynku z jak największą liczbą wspólnych części do samolotów (tj. zmniejszenie kosztów rozwoju i zapasów oraz osiągnięcie oszczędności dzięki wspólności). Zmiana skrzydła dla każdego modelu zaprzeczałaby temu celowi, ponieważ skrzydło jest jedną z droższych części zaprojektowanych w samolocie. Dodatkowo spowodowałoby to, że konserwacja i naprawy w trakcie eksploatacji byłyby bardziej uciążliwe, ponieważ zmniejszyłaby się wspólność floty.