Bei den meisten Transportflugzeugen ist die aerodynamische Effizienz der Schlüsselparameter, da sie einen geringeren Kraftstoffverbrauch ermöglicht. Die Layouts, die Sie am häufigsten sehen, sind die effizientesten, die bekannt sind:

• Für Jets sind niedrig gekehrte Flügel mit Motoren, die unter und vor den Flügeln montiert sind, und das herkömmliche Heck das effizienteste bekannte Layout. Heckmotoren waren früher bei kleineren Jets üblich, aber da dies viel Masse weit nach hinten bringt, sind sie schlechter in Bezug auf die Whitcomb-Bereichsregel, schlechter für Gewicht und Gleichgewicht und Flügelmotoren helfen auch feuchtes Flattern. Daher wechseln neue Regiojets auch zu Triebwerken unter Flügeln.

• Propellerflugzeuge fliegen langsamer, sodass sie gerade Flügel haben. Niedrig montierte Flügel sind etwas effizienter, aber dann muss das Flugzeug einen langen Gang haben, um eine ausreichende Bodenfreiheit für die Propeller aufrechtzuerhalten, sodass hohe Flügel häufiger sind. T-Tail wird dann einfach verwendet, um den Aufzug über dem turbulentesten Nachlauf von Tragflächen und Triebwerken zu platzieren.

Die einzigen Abweichungen von diesen drei Grundlayouts betreffen Spezialflugzeuge das haben andere wichtigere Anliegen. Am bemerkenswertesten ist, dass militärische Frachtflugzeuge im Allgemeinen hochflügelig sind, sodass sie zum einfachen Be- und Entladen über eine eingebaute Rampe tief auf dem Boden sitzen können. Ihre markierte anhedrische soll eine Überstabilisierung des rollenden Flugzeugs vermeiden, da sowohl der hohe Flügel als auch der Flügelschwung die Rollstabilität erhöhen. Frühere Regiojet-Konstruktionen verwendeten aus dem gleichen Grund Hecktriebwerke. um tiefer auf dem Boden zu sitzen, damit sie leicht über eingebaute Lufttüren geladen werden können und diese nicht zu schwer und sperrig sind.

Die Flugzeugindustrie hat den größten Teil ihrer Forschung in den 1920er und 1940er Jahren durchgeführt. Es gab buchstäblich Dutzende Variationen von Flugzeugzellen und Flügeln. Nach einigen Experimenten und Theorien (bei NACA, Farnborough und anderswo) entstand für jedes Designziel / jede Marktnische ein dominantes Design, das die Nutzlast an Kraftstoff und andere Einschränkungen anpasst und die Kosten minimiert.

Ziemlich genau in Passagierflugzeugen wurde das DC-3-Design und in der Jet-Ära vom Kometen entschieden.

BEARBEITEN: Jan Hudec weist auf zwei wesentliche Verbesserungen hin, die der Komet nicht hatte:

• Anti-Schock-Körper, erstmals eingeführt in dieses Design;
• Motoren vorwärts und in Gondeln bewegen.

Abgesehen davon gibt es eine weitere weit verbreitete Ergänzung zu Designs - Winglets.

Referenzen:

Wenn Sie sich auf einem einigermaßen aktiven Hub-Flughafen umschauen, werden Sie tatsächlich viele verschiedene Designoptionen für Passagierflugzeuge sehen, die alle heute hergestellt werden:

• Einige haben hohe Flügel (über den Fenstern), Einige haben niedrige Flügel.
• Einige haben Flügel gekehrt, andere haben gerade.
• Einige haben Motoren, die unter den Flügeln montiert sind, andere haben sie am Rumpf befestigt.
• Einige haben Turbofan-Motoren, andere Propeller.
• Einige haben konventionelle Leitwerke, andere haben T-Heck.
• Einige haben zwei Motoren, andere vier.
• Die meisten haben einen langen, grob zylindrischen Rumpf; Einige haben andere Formen (betrachten Sie die 747, deren Rumpfquerschnitt sich auf halber Höhe des Flugzeugs dramatisch ändert).

Wenn Sie sich Flugzeuge ansehen, die für das Fliegen ähnlicher Entfernungen mit ähnlicher Anzahl von Passagieren optimiert sind (vergleiche, Zum Beispiel Airbus A320 mit Boeing 737) haben sie in den meisten dieser Kategorien die gleiche Auswahl. Dies liegt daran, dass die Auswahl einen Unterschied macht und sich für diese bestimmte Verwendung eine bestimmte Kombination als wirtschaftlich vorteilhaft herausstellt.

Wenn Sie sich jedoch Flugzeuge mit unterschiedlichen Rollen ansehen, sind die Dinge Veränderung. Ein regionaler 70-Sitzer wie der ATR 72 sieht überhaupt nicht wie ein verkleinerter A320 aus.

(Außer sehr grob auf der Ebene eines "langen, schmalen Rumpfes" Paar Hauptflügel in der Nähe seiner Mitte, eine Gruppe von Stabilisatoren ganz hinten, Dreiradausrüstung ").

Jedes Mal, wenn ein neues Flugzeug eingeführt wird, behauptet die Marketingabteilung des jeweiligen Herstellers, dass jetzt eine neue Ära des Flugverkehrs begonnen hat. Erinnern Sie sich an die Behauptungen zu der Zeit, als Boeing die 747 auf den Markt brachte: Wir würden ein Kino mit großer Leinwand und eine Bar am Himmel genießen, und das Gleiche (plus die Option eines fliegenden Spas) geschah mit der A-380.

Am Ende stimmen Kunden mit ihren Geldbörsen ab, und Fluggesellschaften müssen Geld verdienen, damit all diese extravaganten Optionen verwelken und jeder zu dem zurückkehrt, was am besten funktioniert. Das Flugzeugdesign ist ausgereift, und all diese Behauptungen über gemischte Flügel-Körper-Konfigurationen werden nur das Marketing und die Presse beschäftigen.

Hinzu kommen die Einschränkungen der vorhandenen Infrastruktur und die übermäßige Regulierung (dank derer wir beispiellose Sicherheit genießen im Flugverkehr übrigens) und der potenzielle Vorteil neuer Konfigurationen wird schnell verschwinden. Versuchen Sie einfach, einen Weg zu finden, um eine dieser gemischten Flügel-Körper-Konfigurationen mit 20 Sitzen hintereinander schnell zu evakuieren, und jeder behauptete aerodynamische Vorteil (den er nicht hat) ist umstritten.

Es heißt "konvergente Evolution". Wenn Sie eine Aufgabe ausführen müssen und diese Aufgabe physische Anforderungen hat, sehen alle Entwürfe möglicherweise gleich aus und funktionieren auch. Es gibt viele Abstecher auf dem Weg und diese Abstecher bleiben in der Regel in der Nähe, um ihre Ecke der Spezies zu bedienen.

Beispiele:

• Große Flugzeuge sind niedriger Flügel. Ausnahmen sind schwere Fracht und kurze / raue Feldstützen wie die Dash-8 (große Stützen passen nicht auf niedrige Flügel) (eine 747 ist kein schweres Frachtflugzeug. Jedes Stück ist klein)

• Jeder setzt seine Motoren auf die Flügel. Diejenigen, die nicht sehr tief am Boden sitzen und nicht genügend Freiraum haben. Nächster bester Ort: der Schwanz. Viel Glück beim Aufhängen eines Trent 900 auf beiden Seiten des Schwanzes. Und der Aufzug muss aus dem Weg gehen. Die Anzahl der Motoren, die Sie haben, hängt lediglich vom benötigten und dem verfügbaren Schub ab. Beachten Sie, wie die Trijet-Konfiguration mit der Entwicklung leistungsstärkerer (und zuverlässigerer) Triebwerke ausgestorben ist.

• Alle unter Druck stehenden Flugzeuge haben kreisförmige Querschnitte und abgerundete Fenster, die leichter aufzublasen sind. Nicht unter Druck stehende Flugzeuge verwenden immer noch viele flache Paneele.

• Fischkreaturen verwenden eine einzige große Flosse zum Antrieb. Echte Fische wackeln von Seite zu Seite, aquatische Säugetiere, die ins Meer zurückgekehrt sind, wackeln auf und ab, wie die Beine, die sie früher hatten.

Dinge wie Winglets, Canards und andere Ausstülpungen sind Anschraubkorrekturen für aerodynamische Probleme, die nach Abschluss des ursprünglichen Entwurfs entdeckt wurden. Sie werden wahrscheinlich nicht da sein, wenn das nächste Mal ein Design für leere Seiten gestartet wird.

Das Design ist beliebt, weil es das bisher beste für Unterschall-Flugreisen mit großer Kapazität ist. Andere Designs wären entweder weniger sicher oder hätten mehr Luftwiderstand. Außerdem gibt es keinen Grund, das zu reparieren, was nicht kaputt ist.

Boeing hat in den letzten Jahren mit verschiedenen Flugzeugdesigns geflirtet Jahre, aber es scheint, dass die extravagantesten Designs, die wir haben werden, vorerst die Boeing 787 und der Airbus A380 sein werden.

Es wäre ein Risiko, etwas Neues auszuprobieren. Das Ziel des Flugzeugherstellers ist es, Geld zu verdienen, und das können sie, indem sie die Effizienz gegenüber der vorherigen Generation verbessern und im Vergleich zur Konkurrenz leicht andere Nischen auf dem Markt besetzen.

Was sind die Alternativen zu Röhren und niedrig montierten gekehrter Flügel?

1. Hoher Flügel. Dies erfordert oft einen T-Schwanz mit schlechterer Sicherheit. Mit dem niedrigen Flügel können der Flügel und das Fahrwerk an starken Punkten der Flugzeugzelle montiert werden.

2. Mittelflügel. Kämpfer verwenden dies, weil es effizienter ist, aber das Frachtvolumen eines Verkehrsflugzeugs verringern würde.

3. Blended Wing and Body (BWB). Dieses Design hat viele Passagiere von Fenstern entfernt und weist Evakuierungsprobleme auf. Es ist auch einfacher, eine Kugel oder einen Zylinder unter Druck zu setzen als die BWB-Form.

4. Delta-Flügel. http://seattletimes.com/html/businesstechnology/2002973147_boeingconcepts05.html

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Das Boeing Honeydew-Konzept verwendet einen Delta-Flügel. Offensichtlich wird das Problem der Handhabung / Sicherheit bei niedriger Geschwindigkeit als zu großes Problem angesehen.

5. Canard. Der Boeing Kermit Kruiser. Das Flugzeug würde anstelle des Abtriebs vom Canard abgehoben, aber IIRC die Gebietsregelung ist schwieriger.
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Wie andere angemerkt haben, ist das derzeitige allgemeine Design von Passagierflugzeugen das Ergebnis jahrzehntelanger Technik und Forschung. Wenn alle Anforderungen analysiert wurden, bietet dieses Grundlayout das beste Gleichgewicht zwischen Vor- und Nachteilen. Die Infrastruktur wurde ebenfalls um diese Konfiguration herum aufgebaut, was eine weitere Einschränkung einführt, die ein neues Design umgehen müsste. Während Flughäfen bereit waren, Änderungen vorzunehmen, um den A380 aufzunehmen, würde ein völlig anderes Design wahrscheinlich eine drastischere Änderung beinhalten, die schwieriger an Flughäfen zu verkaufen wäre.

In den vielen Jahren, in denen dieses Design verwendet wurde entwickelt, wurden viele gute Lektionen gelernt. Die heutige Sicherheitsbilanz in der Luftfahrt ist das Ergebnis dieser Lehren, die zur Verbesserung des Designs in die Praxis umgesetzt werden. Für ein radikal neues Design müsste ein Großteil davon verworfen oder zumindest gründlich überprüft werden. Forschung und Tests müssten in vielen Bereichen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die wichtigen Aspekte des Designs richtig verstanden werden.

Ein weiteres Schlüsselelement ist die Zertifizierung. Damit die FAA, die EASA usw. ein Musterzertifikat für ein Flugzeug erteilen können, gibt es einen langen Zertifizierungsprozess. Für ein völlig anderes Design wäre die Zertifizierung auch völlig anders. Die Designer müssten nicht nur auf die neue Konfiguration vertrauen, sondern auch diese Behörden überzeugen. Dies würde die Einführung vieler neuer Informationen beinhalten. Die Zertifizierung neuer neuer Flugzeuge hat bereits immer länger gedauert. Die Einführung einer völlig neuen Konfiguration kann noch länger dauern.

Ich habe gesehen, wie andere die Frage beantwortet haben, warum diese Form (aerodynamische Effizienz), aber nicht warum sie aerodynamisch effizient ist.

Der Schlüssel zur Herstellung eines Flugzeugs mit hoher aerodynamischer Effizienz (geringster Luftwiderstand) ist der niedrigstmögliche benetzte Bereich und Frontalbereich bei gleichzeitiger Erzeugung eines maximalen Auftriebs. Der Frontbereich ist genau das, was Sie denken, der niedrigstmögliche Querschnitt, den Sie versuchen, durch die Luft zu drücken. Der gerührte Bereich ist jedoch der Bereich, der "nass" wird, dh die Gesamtoberfläche des Flugzeugs. Das heißt, die bestmögliche Form ist eine lange Zigarre: Je dünner, desto besser. Jeder Bereich, den Sie dem "Rohr" hinzufügen, ist Energieverschwendung.

Gleichzeitig ist die Flügelform, die maximalen Auftrieb bei geringstem Luftwiderstand erzeugt, eine lange, dünne Form. Dies liegt daran, dass Flügel in erster Linie Auftrieb verursachen, indem sie einen negativen Luftdruck erzeugen, indem der Luftstrom schneller über die Oberseite als über die Unterseite strömt. Dieser Effekt wird durch einen breiten, fetten Flügel zerstört, da der Flügel nicht die gleiche enge Luftdifferenztasche zwischen oben und unten erzeugen kann wie ein dünner Flügel. Dies tötet Delta-Flügel und Hubkörper.
http://www.discoverhover.org/infoinstructors/guide8.htm
http://en.wikipedia.org / wiki / Lift_ (force)

Sobald die Geschwindigkeit des Flugzeugs einen größeren Prozentsatz der Schallgeschwindigkeit erreicht, spielen jedoch andere Faktoren eine Rolle. Der Flügel muss gekehrt werden und der Flügel muss stärker sein, um die im Spiel befindlichen Kräfte zu bewältigen, sodass er dicker sein muss.

Der letzte Teil ist der Schwanz im Rücken. Dies ahmt nur den Pfeil nach: Wenn Sie die Befiederung hinten in den Pfeil setzen, entsteht natürliche Stabilität, indem sichergestellt wird, dass die Vorderseite des Flugzeugs nach vorne zeigt.

Andere Konstruktionen bieten viele Vorteile. Canards haben ein hervorragendes Stallverhalten, Hubkörper weisen eine hervorragende Festigkeit auf, und daher weisen Sicherheits- und Tandemflügel mit Streben eine hervorragende Festigkeit und hervorragende Auftriebseigenschaften auf. Das Airline-Geschäft ist jedoch ein Geschäft mit hohem Volumen und geringen Margen, sodass bei Entscheidungen jede kleine Belastung abgelehnt wird.

In den 30er bis 60er Jahren war der Standard für transozeanische Reisen ein 4-motoriges Flugzeug. Wenn Sie bestimmte Fluggesellschaften gefragt hätten, ob sie ein dreimotoriges Lockheed- oder Douglas-Flugzeug kaufen würden, würden sie "NEIN" sagen, weil ihre Kunden sich weigern würden, mit weniger als vier Triebwerken zu fliegen!

Aber nach und nach 3 Motoren wurden zum Standard für Seefahrten.

Und in den frühen 80er Jahren kam ETOPS auf den Markt, weil Motoren äußerst zuverlässig geworden waren.

Der Konstruktionsprozess ist also evolutionär. Die meisten Änderungen erfolgen ziemlich langsam, und Designer kopieren häufig die Erfolge anderer Designer.