W przypadku większości samolotów transportowych sprawność aerodynamiczna jest kluczowym parametrem, ponieważ umożliwia mniejsze zużycie paliwa. Układy, które najczęściej widzisz, są najbardziej wydajnymi znanymi układami:

• W przypadku samolotów odrzutowych nisko skośne skrzydła z silnikami zamontowanymi pod i przed nimi, a konwencjonalny ogon jest najbardziej efektywnym znanym układem. Silniki montowane na ogonie były kiedyś powszechne w mniejszych odrzutowcach, ale ponieważ powoduje to umieszczenie dużej ilości ładunku daleko za rufą, są gorsze w odniesieniu do reguły obszaru Whitcomba, gorsze pod względem masy i wyważenia oraz silników montowanych na skrzydłach pomagają również wilgotne trzepotanie. Tak więc nowe regiojety również przechodzą na silniki pod skrzydłami.

• Samoloty śmigłowe lecą wolniej, więc mają proste skrzydła. Nisko zamontowane skrzydła są nieco bardziej wydajne, ale samolot musi mieć długi bieg, aby zachować wystarczający prześwit dla śmigieł, więc wysokie skrzydła są bardziej powszechne. Ogon w kształcie litery T jest następnie używany po prostu do umieszczenia windy nad najbardziej burzliwym śladem skrzydła i silników.

Jedyne odchylenia od tych trzech podstawowych układów dotyczą samolotu specjalnego przeznaczenia które mają inne ważniejsze obawy. Najbardziej godne uwagi są wojskowe samoloty transportowe są zazwyczaj górnopłatami, więc mogą siedzieć nisko nad ziemią, aby ułatwić załadunek i rozładunek za pomocą wbudowanej rampy. Ich oznaczona anhedralna ma na celu uniknięcie nadmiernej stabilizacji samolotu w przechyleniu, ponieważ zarówno górnopłat, jak i podciągnięcie skrzydeł zwiększają stabilność przechylenia. Wcześniejsze projekty regiojet wykorzystywały silniki montowane na ogonie z tego samego powodu; aby usiąść niżej na ziemi, aby można je było łatwo załadować za pomocą wbudowanych schodów powietrznych, a te nie są zbyt ciężkie i nieporęczne.

Przemysł lotniczy przeprowadził większość badań w latach dwudziestych i czterdziestych XX wieku. Istniały dosłownie dziesiątki odmian płatowca i skrzydeł. Po pewnych eksperymentach i teoretyzacjach (w NACA, Farnborough i gdzie indziej), dla każdego celu projektowego / niszy rynkowej wyłonił się jeden dominujący projekt, który dostosował ładunek do paliwa i innych ograniczeń oraz zminimalizował koszty.

Prawie w przypadku samolotów pasażerskich zdecydowano się na projekt DC-3, aw erze odrzutowców przez Kometę.

EDYCJA: Jan Hudec zwraca uwagę na dwie istotne ulepszenia, których Kometa nie miała:

• korpusy przeciwwstrząsowe, wprowadzone po raz pierwszy w ten projekt;
• przesuwanie silników do przodu i do gondoli.

Na marginesie istnieje jeszcze jeden powszechny dodatek do projektów - winglety.

Źródła:

• http://people.bu.edu/fsuarez/Fernando_Suarez_Website/Publications_files/1995_SMJ_Dominant%20Design%20Survival_Suarez_Utterback.pdf
• Bernie MacIsaac i Roy Langton. (2011) Gas Turbine Propulsion Systems, John Wiley & Sons.

Jeśli rozejrzysz się po dość aktywnym lotnisku centralnym, zobaczysz wiele różnych opcji projektowych dla samolotów pasażerskich, które są obecnie produkowane:

• Niektóre mają wysokie skrzydła (nad oknami), niektóre mają niskie.
• Niektóre mają zamiatane skrzydła, inne proste.
• Niektóre mają silniki zamontowane pod skrzydłami, inne mają je przymocowane do kadłuba.
• Niektóre mają silniki turbowentylatorowe, inne mają śmigła.
• Niektóre mają konwencjonalne samoloty tylne, inne mają ogony w kształcie litery T.
• Niektóre mają dwa silniki, inne cztery.
• Większość ma długi, z grubsza cylindryczny kadłub; niektóre mają inne kształty (rozważ 747, którego przekrój kadłuba zmienia się dramatycznie w połowie długości samolotu).

Jeśli spojrzysz na samoloty zoptymalizowane do latania na podobnych odległościach z podobną liczbą pasażerów (porównaj, na przykład Airbus A320 z Boeingiem 737), będą mieli taki sam wybór w większości tych kategorii. Dzieje się tak dlatego, że wybory mają znaczenie, a dla tego konkretnego zastosowania określona kombinacja okazuje się ekonomicznie korzystna.

Jednak gdy spojrzymy na samoloty o różnych rolach, rzeczy zmiana. 70-miejscowy samolot regionalny, taki jak ATR 72, nie wygląda wcale jak pomniejszony A320 w ogóle .

(Z wyjątkiem bardzo grubego na poziomie „długiego wąskiego kadłuba, jeden para głównych skrzydeł blisko środka, grupa stabilizatorów na całej długości rufy, trójkołowiec ”).

Za każdym razem, gdy wprowadzany jest nowy samolot, dział marketingu danego producenta twierdzi, że rozpoczęła się nowa era podróży lotniczych. Pamiętajmy o twierdzeniach, jakie pojawiły się w czasie, gdy Boeing wypuścił 747: Cieszylibyśmy się dużym ekranem i barem na niebie, i to samo (plus opcja latającego spa) stało się z A-380.

W końcu klienci głosują za pomocą portfeli, a linie lotnicze muszą zarabiać, więc wszystkie te ekstrawaganckie opcje więdną i wszyscy wracają do tego, co działa najlepiej. Konstrukcja samolotu dojrzała, a wszystkie te twierdzenia o mieszanych konfiguracjach skrzydeł i korpusów będą tylko zajmować marketing i prasę.

Dodaj do tego ograniczenia istniejącej infrastruktury i nadmiernych regulacji (dzięki czemu cieszymy się niezrównanym bezpieczeństwem nawiasem mówiąc), a potencjalna zaleta nowych konfiguracji szybko zniknie. Po prostu spróbuj znaleźć sposób na szybką ewakuację jednej z tych mieszanych konfiguracji skrzydeł i korpusów z 20 siedzeniami w rzędzie, a każda deklarowana przewaga aerodynamiczna (której nie ma) będzie dyskusyjna.

Nazywa się to „konwergentną ewolucją”. Jeśli masz jedno zadanie do wykonania, a to zadanie ma wymagania fizyczne, wszystkie projekty ostatecznie będą wyglądać i działać podobnie. Po drodze jest wiele wycieczek bocznych, które zwykle pozostają w pobliżu, obsługując swój narożnik gatunku.

Przykłady:

• Duże samoloty są dolnopłat. Wyjątkiem są ciężkie ładunki i krótkie / szorstkie rekwizyty polowe, takie jak Dash-8 (duże rekwizyty nie pasują do niskich skrzydeł) (747 nie jest ciężkim samolotem towarowym. Każdy element jest mały)

• Każdy odkłada silniki na skrzydła. Te, które nie siedzą bardzo nisko nad ziemią i nie mają wystarczającego prześwitu. Następne najlepsze miejsce: ogon. Powodzenia w zawieszaniu Trenta 900 po obu stronach ogona. Winda musi się odsunąć. Liczba posiadanych silników jest wyłącznie funkcją potrzebnego i dostępnego ciągu. Zwróć uwagę, jak wymarła konfiguracja trijet wraz z ewolucją mocniejszych (i niezawodnych) silników.

• Wszystkie samoloty z kabiną ciśnieniową mają okrągłe przekroje i zaokrąglone okna, co ułatwia nadmuchiwanie. Samoloty bezciśnieniowe nadal używają wielu płaskich paneli.

• Ryby używają jednej dużej płetwy do napędu. Prawdziwe ryby poruszają nim na boki, wodne ssaki, które wróciły do ​​morza, poruszają nim w górę iw dół, tak jak nogi, które kiedyś miały.

Rzeczy takie jak skrzydełka, kanistry i inne wypukłości to przykręcane poprawki problemów aerodynamicznych odkrytych po ukończeniu wstępnego projektu. Prawdopodobnie nie będzie ich tam, gdy następnym razem zostanie uruchomiony projekt pustej strony.

Projekt jest popularny, ponieważ jest najlepszy do tej pory w przypadku poddźwiękowych podróży lotniczych o dużej pojemności. Inne konstrukcje byłyby mniej bezpieczne lub miały większy opór, a ponadto nie ma powodu, aby naprawiać to, co nie jest zepsute.

Boeing flirtował z różnymi konstrukcjami samolotów pasażerskich w ostatnich kilku latach lat, ale wydaje się, że na razie najbardziej ekstrawaganckimi projektami, jakie będziemy mieli, będą Boeingi 787 i Airbus A380.

Spróbowanie czegoś nowego byłoby ryzykowne. Celem konstruktora płatowca jest zarabianie pieniędzy i może to zrobić, poprawiając wydajność w porównaniu z poprzednią generacją i zajmując nieco inne nisze na rynku w porównaniu z konkurencją.

Jakie są alternatywy dla rury i nisko zamontowanych zamiatane skrzydło?

1. Wysokie skrzydło. To często wymaga ogona w kształcie litery T, który ma gorsze bezpieczeństwo. W dolnopłatach można zamontować skrzydło i podwozie do mocnych punktów płatowca.

2. Środkowe skrzydło. Myśliwce używają tego, ponieważ jest bardziej wydajne, ale zmniejszyłoby to objętość ładunku w samolocie.

3. Mieszane skrzydło i nadwozie (BWB). Ten projekt sprawia, że ​​wielu pasażerów jest z dala od okien i stwarza problemy z ewakuacją. Łatwiej jest też zwiększyć ciśnienie w kuli lub cylindrze niż w kształcie BWB.

4. Skrzydło delta. http://seattletimes.com/html/businesstechnology/2002973147_boeingconcepts05.html

Koncepcja Boeing Honeydew wykorzystuje skrzydło delta. Najwyraźniej problem z obsługą / bezpieczeństwem przy niskiej prędkości jest uważany za zbyt duży.

5. Canard. Boeing Kermit Kruiser. Samolot zostałby podniesiony z canard zamiast docisku, ale IIRC orzekanie o obszarze jest trudniejsze.

Jak zauważyli inni, obecny ogólny projekt samolotów pasażerskich jest wynikiem dziesięcioleci inżynierii i badań. Po przeanalizowaniu wszystkich wymagań ten podstawowy układ jest tym, który zapewnia najlepszą równowagę zalet i wad. Infrastruktura została również zbudowana wokół tej konfiguracji, co wprowadza kolejne ograniczenie, które musiałby obejść nowy projekt. Podczas gdy lotniska były skłonne wprowadzić zmiany w celu dostosowania do A380, zupełnie inny projekt prawdopodobnie wiązałby się z bardziej drastycznymi zmianami, które byłyby trudniejsze do sprzedania na lotniskach.

Przez wiele lat, w których ten projekt był ewoluował, wyciągnięto wiele dobrych lekcji. Dzisiejsze osiągnięcia w dziedzinie bezpieczeństwa w lotnictwie są wynikiem wykorzystania tych doświadczeń w praktyce w celu ulepszenia konstrukcji. W przypadku radykalnego nowego projektu wiele z tego musiałoby zostać odrzucone lub przynajmniej dogłębnie przeanalizowane. Badania i testy należałoby przeprowadzić w wielu obszarach, aby zapewnić prawidłowe zrozumienie ważnych aspektów projektu.

Kolejnym kluczowym elementem jest certyfikacja. Aby FAA, EASA itp. Wydały certyfikat typu na statek powietrzny, proces certyfikacji jest długi. W przypadku zupełnie innego projektu certyfikacja byłaby również zupełnie inna. Projektanci nie tylko musieliby być pewni nowej konfiguracji, ale także musieliby przekonać te autorytety. Wymagałoby to wprowadzenia wielu nowych informacji. Ostatnio nowe samoloty już dłużej i dłużej wymagają certyfikacji. Wprowadzenie zupełnie nowej konfiguracji może zająć jeszcze więcej czasu.

Widziałem, jak inni odpowiadali na pytanie, dlaczego ten kształt (sprawność aerodynamiczna), ale nie dlaczego jest efektywny aerodynamicznie.

Klucz do produkcji samolotu o wysokiej wydajności aerodynamicznej (najniższy opór) to najniższy możliwy obszar zwilżony i obszar czołowy przy jednoczesnym generowaniu maksymalnej siły nośnej. Obszar czołowy jest tym, o czym myślisz, najniższym możliwym przekrojem, który próbujesz przepchnąć w powietrzu. Jednak obszar ocieplony to obszar, który ulega „zamoczeniu”, tj. Całkowita powierzchnia samolotu. Oznacza to, że najlepszym możliwym kształtem jest długie cygaro: im cieńsze, tym lepsze. Każdy obszar, który dodasz do „rury” jest zmarnowaną energią.

Jednocześnie kształt skrzydła, który generuje maksymalne podniesienie przy najmniejszym oporze, jest długim i cienkim kształtem. Dzieje się tak, ponieważ skrzydła powodują unoszenie się głównie przez wytwarzanie ujemnego ciśnienia powietrza, powodując szybszy przepływ powietrza w górę niż w dół. Efekt ten jest niszczony przez szerokie, grube skrzydło, ponieważ skrzydło nie może stworzyć takiej samej ciasnej kieszeni różnicowej powietrza między górą a dołem, jak może to zrobić cienkie skrzydło. To właśnie zabija skrzydła i ciała Delta.
http://www.discoverhover.org/infoinstructors/guide8.htm
http://en.wikipedia.org / wiki / Lift_ (siła)

Gdy prędkość samolotu osiągnie większy procent prędkości dźwięku, w grę wchodzą jednak inne czynniki. Skrzydło musi być zamiecione, a skrzydło musi być mocniejsze, aby wytrzymać siły występujące w grze, więc musi być grubsze.

Ostatnia część to ogon z tyłu. To tylko naśladowanie strzałki: umieszczenie lotki z tyłu strzały tworzy naturalną stabilność, upewniając się, że przód samolotu pozostaje skierowany do przodu.

Inne konstrukcje mają wiele zalet, Canardy mają świetne zachowanie przy przeciągnięciu, korpusy podnoszące mają doskonałą wytrzymałość, a zatem bezpieczeństwo, a skrzydła tandemowe z rozpórkami mają dużą wytrzymałość i doskonałe właściwości udźwigu. Ale działalność linii lotniczych jest bardzo wolumenem i niską marżą, więc każdy najmniejszy opór jest odrzucany przy podejmowaniu decyzji.

Od lat 30. do 60. standardem w podróżach transoceanicznych był czterosilnikowy samolot. Gdybyś zapytał niektóre linie lotnicze, czy kupiłyby 3-silnikowy samolot Lockheed lub Douglas, odpowiedzieliby „NIE”, ponieważ ich klienci odmówiliby latania z mniej niż czterema silnikami!

Ale stopniowo 3 silniki stały się standardem podczas podróży oceanicznych.

A na początku lat 80-tych pojawił się ETOPS, ponieważ silniki stały się niezwykle niezawodne.

Zatem proces projektowania jest ewolucyjny; większość zmian zachodzi dość wolno, a projektanci często kopiują sukcesy innych projektantów.