Pytanie:
Jakie są skutki bardzo elastycznych skrzydeł Boeinga 787?
shortstheory
2014-01-10 21:11:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Niedawno natknąłem się na to zdjęcie niesamowitego ruchu skrzydeł samolotu Boeing 787:

Przypuszczam, że jest to konsekwencja zastosowania bardzo lekkich skrzydeł CFRP, ale jak czy sam wingflex poprawia osiągi lotu 787? Czy zalety / wady dotyczą również 747-8 (który IIRC również używa skrzydeł CFRP)?

Żadna odpowiedź, tylko fajny film na * naprawdę * niesamowitym flexie dla DG-1000: http://www.dg-flugzeugbau.de/Data/Videos/bruchversuch-i.wmv. Robią to również w przypadku dużych „un ”, takich jak A380, co jest naprawdę przerażające (ale nie mam pod ręką łącza wideo).
Powiązane: http://www.airliners.net/aviation-forums/tech_ops/read.main/253605/1/
@yankeekilo dzięki za udostępnienie, to był całkiem fajny film. Słyszałem, że mocno naciskają na skrzydła z CFK, ale nie do zerwania, ponieważ odłamki ze skrzydła z CFK mogą być dość poważne.
Właśnie znalazłem: http://www.airliners.net/aviation-forums/tech_ops/read.main/267122/
Właściwie to * do * je łamie: https://www.youtube.com/watch?v=sA9Kato1CxA lub https://www.youtube.com/watch?v=z19m9LZOOZY. Te testy są * ogromne * i oczywiście należy podjąć wiele środków ostrożności.
To straszny obraz. Naprawdę wątpię, żeby skrzydła dramatycznie się wydłużały, gdy się wyginają. Ruch końcówki skrzydła z pewnością opisywałby coś bliższego łukowi niż pionowej linii.
@RedGrittyBrick doskonały punkt; Czułem, że coś jest nie tak, ale nie mogłem tego rozgryźć. Dzięki!
Trzy odpowiedzi:
#1
+25
Dan
2014-01-10 22:40:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Stąd:

Ilość flex jest tak naprawdę iloczynem materiału. Skrzydło wymaga określonej ostatecznej siły; z metalem, co przekłada się na określoną ilość flexu. Można to zmieniać w pewnych granicach, ale tak naprawdę to materiał, jego stosunek sztywności do granicy plastyczności i właściwości zmęczeniowe decydują o tym, ile zgięcia uzyskasz. CFRP jest bardzo innym materiałem i ma znacznie mniejszą sztywność przy tej samej granicy plastyczności i zasadniczo nie powoduje problemów zmęczeniowych. Jest to korzystne, ponieważ zapewnia płynniejszą jazdę w turbulencjach; skrzydło działa zasadniczo jak gigantyczna sprężyna liściowa. Istnieje jednak pewna utrata siły nośnej ze względu na charakter krzywizny. Jednak jest to stosunkowo małe.

Jak skorelować wydajność i sztywność? CFRP ma wyższą sztywność właściwą w porównaniu do aluminium i stali ...
Zwiększenie sztywności oznacza zwiększenie masy, czyli zmniejszenie plastyczności / siły nośnej.Ten materiał zapewnia wysoką wytrzymałość przy stosunkowo niskiej sztywności / masie, co oznacza dobry stosunek, a co za tym idzie, wynikający z tego flex.
Ale w projekcie jest flex, a nie sztywność materiału. Z CFRP można było zbudować znacznie sztywniejsze skrzydła. CFRP (wykonany prawidłowo) zapewnia zarówno doskonałą sztywność, jak i wytrzymałość, przy stosunkowo niskiej wytrzymałości na zerwanie w porównaniu z aluminium. Zgadzam się jednak z punktem zmęczenia.
Z CFRP mógłbyś zbudować znacznie sztywniejsze skrzydła. Jednak wzrost masy zmniejszy _ wynikający z tego uniesienie_ bardziej niż posiadanie „płaskich” skrzydeł.
Chodzi mi o to, że CFRP generalnie nie wykazuje niższej sztywności dla danego plastyczności. Elastyczność to decyzja projektowa dająca najlepszy kompromis, ale nie ze względu na materiał.
#2
+23
Peter Kämpf
2015-02-23 03:37:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Skrzydła Boeinga 787 są tak elastyczne, ponieważ materiał z włókna węglowego można bardziej rozciągnąć, a wysoki współczynnik wydłużenia wynoszący 11 potęguje ten efekt. W locie poczujesz tylko mniejsze trzęsienie się pod wpływem podmuchów, ponieważ skrzydło będzie skuteczniej tłumić zmiany obciążenia. Na ziemi skrzydło może mieć mniejszy prześwit na czubki, ponieważ potrzebna jest mniejsza wbudowana dwuścienna - reszta jest zapewniana przez elastyczność skrzydła w locie.

Wpływ na osiągi jest nieco ujemny, ale to jest bardzo słaby efekt. Można go porównać do oporu toczenia roweru sztywnego w porównaniu z rowerem z ramą sprężynową.

Wielkość ugięcia dla danego momentu zginającego zależy od trzech czynników:

  1. Rozpiętość skrzydeł: dana krzywizna skrzydła spowodowana zginaniem przy nasadzie skrzydła spowoduje przesunięcie końcówki, które jest proporcjonalne do odległości końcówki od nasady.
  2. Wysokość dźwigara: ta krzywizna rośnie wraz z odwrotność kwadratu wysokości dźwigara. Mniejsza względna grubość skrzydła spowoduje większe zginanie.
  3. Materiał dźwigara: moduł Younga materiału określa, jak bardzo rozciąga się ono przy danym naprężeniu. Ważniejsze jest jednak wydłużenie sprężyste przy granicy plastyczności. Włókno węglowe ma wyższy moduł Younga niż aluminium, ale jest elastyczne aż do zerwania, dzięki czemu można je bardziej rozciągać i wytwarzać więcej zginania przy granicy plastyczności.

Liczby: Moduł Younga aluminium wynosi dość stała dla szerokiej gamy stopów i zwykle 70 000 MPa lub N / mm². Moduł włókien grafitowych zależy od procesu ich wytwarzania i waha się między 200 000 a 700 000 MPa lub N / mm². Jednak tej wartości nie można bezpośrednio porównać z wartością aluminium. Końcowy moduł kompozytu zależy od orientacji włókien i zawartości żywicy.

Można bezpiecznie założyć, że Boeing (a dokładniej Mitsubishi Heavy Industries) wykorzystuje nowoczesne włókno o dużej wytrzymałości, takie jak IM7 (pdf) (IM oznacza moduł pośredni), które ma moduł 276 000 MPa. Można również bezpiecznie założyć, że większość włókien jest zorientowana w kierunku rozpiętości, dzięki czemu mogą w pełni przyczyniać się do przejmowania obciążeń zginających. Jeśli przyjmiemy konserwatywną zawartość włókien na poziomie 60%, wynikowy moduł materiału dźwigara powinien wynosić 164 000 MPa. Jednak dźwigar nie jest oddzielnym elementem, ale częścią skrzynki skrzydłowej, która również musi przenosić obciążenia skręcające. Chociaż aluminium jest materiałem izotropowym (ma takie same właściwości we wszystkich kierunkach), CFRP jest wysoce anizotropowy, a dodanie wytrzymałości na skręcanie będzie wymagało dodatkowych włókien w innych kierunkach. Skutek: efektywny moduł skrzydła w kierunku zginania może wynosić zaledwie 110 000 MPa.

Ostatecznie liczy się, ile materiału przenosi obciążenia zginające. W tym przypadku znaczenie ma granica plastyczności materiału: im większe naprężenie materiał może wytrzymać, zanim wykaże odkształcenie plastyczne, tym mniej potrzeba go do przeniesienia danego momentu zginającego. Aby bezpośrednio dojść do maksymalnego odkształcenia, wystarczy spojrzeć na maksymalne odkształcenie sprężyste. W przypadku IM7 jest to 1,9%, a przy wysokiej wytrzymałości 7068 aluminium (pdf), jest to mniej niż 1%, zanim materiał ulegnie trwałemu wydłużeniu. Oznacza to, że chociaż CFRP jest sztywniejszy niż aluminium, może być obciążony bardziej i będzie się bardziej rozciągać, zanim osiągnie swoje granice.

Dziękuję za Twoją odpowiedź. Ale moje pytanie dotyczyło osiągów niezwykle elastycznych skrzydeł w locie, a nie tego, dlaczego skrzydła wyginają się w pierwszej kolejności.
@shortstheory: Teoretycznie istnieje niewielki spadek wydajności z powodu ugięcia skrzydeł, ale jest to bardzo małe. Chodzi mi o to, że zmniejsza to głównie współczynnik obciążenia odczuwany przez ładunek z powodu podmuchów.
Ale Airbus A350, który został opracowany przy użyciu prawie tych samych materiałów, ma takie samo ugięcie skrzydeł, czy nie? a jeśli nie, po prostu „dlaczego”?
#3
+8
ROIMaison
2015-08-20 16:34:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie tylko 787 z CFRP ma to, wszystkie skrzydła bardzo się wyginają, jak pokazano na dolnej części tego obrazu. B52 deformation Źródło: Wprowadzenie do aerodynamiki transsonicznej autorstwa R. Vos i S. Farokhi

Obecnie projektanci uwzględniają wyginanie w projekcie, upewniając się, że kształt podczas rejsu jest dokładnie taki, jak sobie tego życzy, ale dwa powyższe wykresy pokazują kilka interesujących faktów. Po lewej widać rozkład ciśnienia w różnych miejscach na elastycznym skrzydle, a po prawej taki sam, ale potem dla sztywnego skrzydła (a więc nie zdeformowanego)

Możesz to zobaczyć po prawej stronie obrazu (około x / c = 0,3), na wykresach występują ostre skoki, które wskazują na wstrząsy i prowadzą do oporu fali. Po elastycznej stronie gradienty są mniej strome, co oznacza, że ​​fala uderzeniowa jest słabsza. W konsekwencji opór fali będzie mniejszy.

Zatem na podstawie tych wykresów możemy wywnioskować, że elastyczne skrzydło będzie miało mniejszy opór fali niż to samo skrzydło, które nie ulegnie deformacji.

Dobra odpowiedź! Ale czy projektanci nie obróciliby skrzydła tylko po to, aby pod obciążeniem miało ono pożądany kąt natarcia na wszystkich stacjach skrzydłowych? Przecież rezultatem wygięcia skrzydła odchylonego do tyłu jest zmniejszenie kąta natarcia na zewnętrznych stanowiskach. Oczywiście nieugięte skrzydło skrzydłowe będzie miało zbyt duże obciążenie na stacjach zewnętrznych.
To też było to, do czego zmierzałem. Projektanci wiedzą, że skrzydło ulegnie deformacji i uwzględnią to w swoich projektach, tak aby podczas rejsu kształt był optymalny. Porównanie zrobiłem ze sztywną obudową, aby nie tylko pokazać, że zginanie jest dobre, ale także wyjaśnić, dlaczego.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...