Pytanie:
Dlaczego stabilizatory poziome nie mogą być dłuższe niż obecnie?
Ethan
2015-08-07 20:20:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zastanawiałem się nad tym pytaniem, ponieważ jeśli stabilizator poziomy jest dłuższy, oznacza to większą siłę nośną. Moje przypuszczenie na to pytanie byłoby wynikiem siły wiru na końcu skrzydła na dłuższym skrzydle enter image description here

Jakie jest pytanie?
Dlatego tylne skrzydła czy poziome stabilizatory nie są już dłuższe niż obecnie.
Czy wiesz, że zapewniają podnoszenie ujemne? Zapewniają stabilność kosztem oporu. Kształt jest zoptymalizowany, aby zapewnić niski opór, zapewniając wystarczającą stabilność wzdłużną
Czy opór jest spowodowany wirami na końcach skrzydeł
@Ethan: Nie, opór jest spowodowany generowaniem siły nośnej. Dowolnymi środkami. Wir na czubku skrzydła jest również powodowany przez wytwarzanie siły nośnej, chociaż jeśli jest to inne środki niż skrzydło, nie jest to wir na końcu skrzydła, ale coś innego - wir.
W rzeczywistości występuje opór spowodowany podnoszeniem i zwanym wirem końcówki skrzydła, który tworzy się przez obszar wysokiego ciśnienia skrzydła zbliżający się do obszaru niskiego ciśnienia, powodując obrót, który nazywa się wirem końcówki skrzydła, więc zastanawiam się, czy wir na końcówce skrzydła tworzy się z stabilizator poziomy taki sam jak w głównym skrzydle.
@Ethan, tak, stabilizator poziomy może również powodować wirowanie końcówki. Zobacz [to wideo] (https://youtu.be/lrI2LxjJiaM?t=47s). Nie każdy opór powoduje wir. Opór profilu jest spowodowany tarciem strumienia powietrza o skórę powierzchni i nie powoduje wirowania.
Co powiedziała DeltaLima. „Podnoszenie” generowane przez stabilizatory poziome jest siłą skierowaną w dół zapewniającą stabilność, a nie działającą w górę. Zwiększenie tej siły sprawi, że samolot będzie _ mniej wydajny, a nie bardziej (i nadal tak będzie, nawet jeśli nie generuje żadnego oporu w procesie generowania siły skierowanej w dół ... sama siła skierowana w dół jest nieefektywna).
@DeltaLima, Ethan, głównym źródłem oporu na powierzchni generującej siłę nośną będzie zawsze [opór indukowany] (https://en.wikipedia.org/wiki/Lift-induced_drag), a nie opór profilu lub wir końcówki skrzydeł.
@egid wir końcówki skrzydła jest wynikiem indukowanego oporu. Zobacz artykuł, do którego utworzyłeś link :-)
Tak, ale chodzi mi o to, że wir jest _produktem ubocznym_ oporu, a nie jedyną przyczyną, jak zdaje się sugerować OP.
Coś podobnego, nad czym się zastanawiałem, to dlaczego HT nie ma wyższego współczynnika kształtu. Z tym samym obszarem (wzrost odczytu), ale wyższym współczynnikiem kształtu, będzie wytwarzać mniej indukowany opór. Moja pierwsza myśl jest taka, że ​​konstrukcja ogona staje się zbyt ciężka. Może to coś, co zaczniemy widzieć wraz z pojawieniem się nowych zaawansowanych materiałów?
Dlaczego zakładasz, że nie mogą być dłużej?
Pchnięcie na tym zdjęciu jest bardzo skrócone.
Sześć odpowiedzi:
FreeMan
2015-08-07 20:26:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Poziome stabilizatory mogą być dłuższe, po prostu nie muszą być dłuższe niż są.

Każdy dodatkowy cal kwadratowy będzie dodaj opór indukowany i opór pasożytniczy (kształt / profil), który kosztuje paliwo, więc nie są większe niż jest to konieczne do zapewnienia odpowiedniej kontroli nad samolotem.

fooot
2015-08-07 21:35:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W większości samolotów poziome powierzchnie z tyłu są poziomymi stabilizatorami. Powierzchnie te faktycznie zapewniają ujemne podnoszenie, które równoważy środek ciężkości znajdujący się przed środkiem siły nośnej. Ta równowaga sił zapewnia naturalną stabilność w prosty sposób, dlatego jest to standardowa konstrukcja zarówno dla dużych, jak i małych samolotów. Oczywiście ta ujemna siła nośna działa na główne skrzydło, co zwiększa opór, więc ta powierzchnia jest tak mała, jak to możliwe, aby zapewnić wystarczającą stabilność przy jak najmniejszym oporze.

Istnieje schemat samolotu zwany skrzydło tandemowe, w którym są dwa skrzydła w konfiguracji tandemowej, które zapewniają unoszenie w górę.

Tandem wing aircraft

Ech, nie. Te powierzchnie „mogą” zapewniać uniesienie ujemne, które może być pożądane, gdy chcesz pchnąć ogon w dół (aby podciągnąć nos do góry), ale w równym stopniu mogą one generować dodatnie uniesienie, aby pociągnąć ogon do góry (i nos w dół). Zazwyczaj są zaprojektowane tak, aby były neutralne pod względem podnoszenia, w większości przypadków, aby zmniejszyć opór i zużycie paliwa.
@PaulSmith: Nie, ustawienie neutralnego podnoszenia tylnego skrzydła byłoby nieefektywne i dawałoby zbyt dużą stabilność. Zwykle siła nośna na tylnym skrzydle jest mniejsza na jednostkę powierzchni niż na przednim skrzydle, ale nadal dodatnia, nawet przy dużej prędkości. Wystarczy spojrzeć na położenie skrzydeł - cg jest między nimi, więc oba muszą stworzyć siłę nośną.
Również [canards] (https://en.wikipedia.org/wiki/Canard_%28aeronautics%29).
Paul i Peter rozmawiają o dwóch różnych rzeczach - Paul mówi o statecznikach poziomych w samolotach o konwencjonalnym układzie (jak omówiono w pierwszej części odpowiedzi fooota), podczas gdy Peter mówi o tylnym skrzydle samolotu tandem-wing.
KeithS
2015-08-07 23:20:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Powierzchnie ogona samolotu są również nazywane „usterzenie ust”, termin pochodzący z francuskiego słowa oznaczającego lot strzały. Termin ten zatem wskazuje na cel. Stabilizatory poziome i pionowe to właśnie stabilizatory. Ich celem jest utrzymywanie kadłuba samolotu w jednej linii ze względnym wiatrem powodowanym przez samolot poruszający się w powietrzu. Bez nich samolot mógłby z łatwością wpaść w poślizg lub przewrócić się. Zapewniają również kontrolę pochylenia i odchylenia, przekierowując względny wiatr w górę lub w dół, wywierając odwrotny wpływ na płatowiec (trzecie prawo Newtona).

Nie mają one na celu generowania siły nośnej przeciwdziałającej grawitacji, aw wielu W przypadkach poziomych stabilizator działa dokładnie odwrotnie, wywierając siłę skierowaną w dół na tył statku powietrznego poprzez połączenie ujemnego nachylenia i „spuszczania” powietrza ze skrzydeł. Utrzymuje to nos w górze podczas lotu do przodu, kompensując nieznaczny rozkład ciężaru nosa, co z kolei zapewnia pożądane właściwości lotu, takie jak tendencja do pochylania się w przeciągu (jeśli zamierzasz spaść z nieba, równie dobrze mogą przyjąć postawę, która przywraca niski kąt ataku, a tym samym daje możliwość odzyskania sił).

Dlatego w tradycyjnej konfiguracji nie są większe niż są, ponieważ są nie musi. Większy stabilizator poziomy zwiększy opór ze względu na większą powierzchnię i objętość przemieszczanego powietrza, bez realnego wzmocnienia. Potencjalnie pole powierzchni sterowej mogłoby zostać zwiększone, ale istnieje ograniczenie co do tego, jak duże mogą one być, zanim siły działające na powierzchnię sterową w pozycji odchylonej przekroczą wytrzymałość materiałów powierzchni sterowej lub płatowca. Nawet wcześniej, większe powierzchnie sterowe sprawiają, że samolot jest bardziej wrażliwy na ruch drążka / jarzma, co jest przydatne dla myśliwca lub samolotu akrobacyjnego, ale potencjalnie śmiertelne dla samolotu zaprojektowanego do użytku przez pilota „zwykłego”.

aeroalias
2015-08-08 22:57:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jak już wspomniano, mogą być, ale nie są, w celu zmniejszenia oporu.

Ogólnie rzecz biorąc, stabilizatory poziome w samolotach obecnej generacji są mniejsze niż ich przodkowie. Jest to wynikiem postępów w projektowaniu samolotu wraz z wprowadzeniem systemów typu fly-by-wire.

Poziome stabilizatory są zaprojektowane tak, aby nadać statkowi powietrznemu stabilność, dając ujemny moment pitching. Samo skrzydło samolotu jest niestabilne. Gdy generowana jest siła nośna, skrzydło podnosi się, co zwiększa kąt natarcia, zwiększając siłę nośną. Ten proces trwa aż do przeciągnięcia skrzydła. Stabilizator poziomy jest w rzeczywistości mniejszym skrzydłem umieszczonym po drugiej stronie środka ciężkości w większej odległości, negując ten moment pochylenia głównego skrzydła.

Zatem zasadniczo stabilizator poziomy wytwarza pozytywny wzrost , ale negatywny moment pochylenia . Im większy stabilizator poziomy, tym większa siła nośna i stabilność, ale także opór.

Jednym ze sposobów zmniejszenia oporu jest zastosowanie mniejszego stabilizatora poziomego, ale zmniejsza to stabilność, wymagając od pilota ciągłej regulacji elementy sterujące do latania samolotem. Jednak wprowadzenie sterowania komputerowego (systemy fly-by-wire) oznaczało, że statek powietrzny może być niestabilny, a komputer stale reguluje elementy sterujące, aby uzyskać stabilny lot.

W rezultacie samolot zaprojektował po latach 90-tych XX wieku w większości miały systemy sterowania typu fly-by-wire z mniejszymi poziomymi stabilizatorami, co skutkuje mniejszym oporem i zmniejszonym zużyciem paliwa.

Jako przykład porównaj stabilizatory poziome DC10 i MD11.

http://i.stack.imgur.com/aGKMR.jpg
Źródło: Boeing 757 Maya

MD11 był oparty na DC10, z rozciągniętym kadłubem i zwiększoną rozpiętością skrzydeł, jednak z mniejszym statecznikiem. Osiągnięto to za pomocą (częściowo) sterowanego komputerowo stabilizatora poziomego. Jak widać na zdjęciu, stabilizator poziomy w MD11 był mniejszy niż DC10, chociaż samolot był większy.

Tak więc powodem stosowania mniejszych stabilizatorów poziomych jest zmniejszenie ciężaru i oporu, a osiąga się to głównie dzięki zastosowaniu sterowanych komputerowo powierzchni sterowych. Ponieważ mniejszy stabilizator rozluźnia stabilność, nawet jeśli może mieć wystarczającą kontrolę ze względu na dłuższe ramię momentowe:

Rozluźnione konstrukcje stabilności nie są ograniczone do odrzutowców wojskowych. McDonnell Douglas MD-11 ma łagodną konstrukcję stabilności, która została wdrożona w celu oszczędzania paliwa. Aby zapewnić stabilność i bezpieczny lot, wprowadzono LSAS (Longitudinal Stability Augmentation System), aby skompensować dość krótki stabilizator poziomy MD-11 i zapewnić stabilność samolotu. Jednak zdarzały się incydenty, w których rozluźniona stabilność MD-11 powodowała „zdenerwowanie podczas lotu”.

Czy ogon MD-11 nie jest mniejszy, ponieważ ma dłuższe ramię dźwigni? Objętość ogona obu samolotów powinna być taka sama. Ponadto żaden FCS nie może pomóc w wyważeniu samolotu w szerokim zakresie pozycji cg i to właśnie ten zakres trymowania wpływa na objętość powierzchni ogona.
Marco Sanfilippo
2015-08-07 21:23:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Projektanci Concorde przyjęli inne podejście: usunęli poziome płaszczyzny ogonowe, aby maksymalnie zmniejszyć opór.

Każda niepotrzebna rzecz (pod / pylon / itp.) na zewnątrz kadłuba lub pod skrzydła zwiększają opór, nawet bez podnoszenia siły nośnej.

Innym historycznym przykładem jest MD-11, ewolucja DC-10. Jeśli zauważysz, MD-11, nawet jeśli jest dłuższy i cięższy, ma mniejsze tylne płaszczyzny dla lepszych osiągów podczas rejsu.

Zauważam niewielkie wybrzuszenie w ogonie Concorde, mniej więcej w miejscu, w którym znajdowałyby się tylne poziome stabilizatory. Domyśliłbym się, że jest tam z podobnego powodu, choć dość niewielkiego.
@KRyan jakie wybrzuszenie? Jeśli mówisz o dwóch „wybrzuszeniach” na stateczniku pionowym, to są to tylko owiewki siłowników steru. Jeśli spojrzysz na obie strony, zauważysz, że nie są symetryczne: lewa poruszyła dolną częścią steru, a prawa górną.
ah, racja, jesteś.
Koyovis
2019-08-10 08:54:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pozioma tylna płaszczyzna może być dłuższa, aby utrzymać stałą powierzchnię ogona, cięciwa zostanie odpowiednio zmniejszona. Wyższy współczynnik wydłużenia ogona skutkowałby większym momentem zginającym stopkę, a zatem cięższą konstrukcją.

Większy współczynnik wydłużenia zmniejsza indukowany opór, bardzo pożądany w głównym skrzydle, ale ma drugorzędne znaczenie w stateczniku. Indukowany opór jest proporcjonalny do uniesienia, a generowanie siły nośnej statecznika jest i tak zminimalizowane, aby uzyskać minimalny opór trymu.



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...