Frage:
Wie unterscheiden sich konventionelle und T-Schwänze?
casey
2014-01-29 03:18:31 UTC
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Welche konstruktiven Überlegungen fließen bei der Entscheidung zwischen herkömmlichen Schwänzen und T-Schwänzen ein? Funktionell sind die horizontalen Stabilisatoren / Stabilisatoren in beiden Fällen gleich und bieten einen negativen Auftrieb, die Aufzugssteuerung und eine Methode zur Pitch-Trimmung. Was sind die Unterschiede?

Soweit mir bekannt ist, haben die T-Schwänze, die ich geflogen habe, T-Schwänze, um Propwash (PA-44) oder Platzierung des Heckmotors (EMB-145) zu vermeiden. Gibt es andere Gründe für einen T-Schwanz? Was sind die aerodynamischen Konsequenzen, die ein Pilot mit einem T-Heck beachten muss (z. B. Vermeidung einer starken Rotation beim Aufsetzen, Probleme bei hoher AOA usw.)?

Bei Segelflugzeugen mit T-Heck werden die zusätzlichen strukturellen Komplikationen / das Gewicht durch weniger Störwiderstand und mehr Freiraum für diese speziellen Auslandungen ausgeglichen (denken Sie an ein Gerstenfeld).
Obwohl bei den meisten Flugzeugen der horizontale Stabilisator tatsächlich einen negativen Auftrieb erzeugt, ist es für eine positive Stabilität nur erforderlich, dass die hintere Oberfläche in einem niedrigeren Anstellwinkel als die vordere Oberfläche fliegt.
Vier antworten:
#1
+20
Peter Kämpf
2014-04-01 17:08:36 UTC
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Ein T-Heck bietet mehr als das:

Aerodynamik:

  1. Die Platzierung über der Vertikalen verleiht ihm mehr Hebelkraft, insbesondere bei einem gekehrten Heck
  2. Abhängig von der Flügelposition bleibt es in einem Stall in ungestörtem Fluss. Hinweis: Dies hängt wirklich von den Details ab. Der HFB-320 hatte einen nach vorne gekehrten Flügel und ein T-Heck, was einen tiefen Stall (und in einem Fall) ermöglichte tödlich).
  3. Durch die Gestaltung der Verbindung mit dem vertikalen Bohrloch weist der T-Schwanz einen geringeren Störwiderstand auf. Es hilft auch, den Wellenwiderstand zu verringern, insbesondere wenn ein gut gestalteter Küchemann-Körper (das runde, lange, stachelige Ding an der Heckverbindung eines Tu-154) verwendet wird, indem die Struktur in Längsrichtung gedehnt wird.
  4. Dies kann hilfreich sein um die Wirksamkeit des vertikalen Schwanzes zu erhöhen, indem die Luft auf beiden Seiten getrennt gehalten wird. Am anderen Ende macht der Rumpf dies bereits, so dass das Bewegen des horizontalen Hecks dort nicht so weh tut. Infolgedessen kann der Schwanz tiefer gebaut werden.
  5. ol>

    Struktur:

    1. Die Masse des horizontalen Schwanzes an einem langen Hebelarm (= der vertikale Schwanz) ) bedeutet, dass die Torsionseigenfrequenz des Rumpfes abnimmt. Dies kann im Falle eines Flatterns ein Problem sein.
    2. Infolge des kleineren vertikalen Hecks kann ein T-Schwanz leichter sein. Beachten Sie, dass die erhöhte Hebelwirkung bedeutet, dass das horizontale Heck auch kleiner sein kann. Dies reduziert den Reibungswiderstand und ist der Hauptgrund, warum die meisten modernen Segelflugzeuge T-Schwänze haben.
    3. ol>

      Kontrolle:

      Ein T-Schwanz erzeugt ein starkes Nickmoment in Seitenschlupf.

      Ohne das Flattern und Absenken wären T-Schwänze weiter verbreitet ...

ähmmm sehr interessant, aber jetzt kann ich nicht verstehen, warum Verkehrsflugzeuge konventionelles Heck anstelle von T-Tail bevorzugen. Warum ziehen zumindest einige Werbespots bei all diesen Vorteilen diese Lösung nicht in Betracht? (Abgesehen von einigen kleineren Verkehrsflugzeugen habe ich es vor allem bei Militärflugzeugen wie C5 und C-17 gesehen)
@LucaDetomi: Airliner mit ihren zurückgekehrten Flügeln laufen Gefahr, [tief zu blockieren] (http://aviation.stackexchange.com/questions/8022/what-is-a-deep-stall-and-how-can-pilots-recover-from) -it / 8027? s = 11 | 0.1306 # 8027) wenn der Schwanz zu hoch ist. Auch die Flattergeschwindigkeit und die erforderliche Steifheit sind ein echtes Problem und sollten nicht leicht genommen werden. Nach dem [Absturz von Felthorpe Trident] (https://en.wikipedia.org/wiki/1966_Felthorpe_Trident_crash) erhöhte Tupolev den Schwanz des Tu-134 um 30%, um vor einem tiefen Stall sicher zu sein. Diese Art der Modifikation macht einen T-Schwanz weniger attraktiv als einen herkömmlichen Schwanz.
#2
+16
falstro
2014-01-29 14:20:44 UTC
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Das hat viel zu bieten, und ich bin kein Flugzeugingenieur. Wenn es also andere Antworten gibt, werde ich diese gerne löschen. Wie auch immer, nach dem, was mir gesagt wurde:

Das T-Heck steckt die Aufzüge aus der gestörten Luft der Tragflächen, der Stütze und (normalerweise des größten Teils) des Rumpfes heraus, wodurch Sie eine bessere Aufzugsautorität erhalten. und macht einen Heckstillstand weniger wahrscheinlich.

Es hat jedoch einige Nachteile, wenn Sie die Aufzüge direkt in die (turbulente) von den Flügeln getrennte Strömung bringen, während ein Stall Sie in einen (mehr oder weniger) nicht wiederherstellbaren Zustand versetzen kann Deep Stall.

Deep stall

(Bild aus dem verlinkten Wikipedia-Artikel)

Zum größten Teil ist dies richtig, obwohl, wenn der Luftstrom über den Schwanz unterbrochen wird, die Nase tatsächlich herunterkommen sollte, da der horizontale Stabilisator die Nase an erster Stelle hält. Ich nehme an, abhängig vom Flugzeug und der Gewichts- und Gleichgewichtssituation, obwohl es vielleicht möglich ist.
@p1l0t; Du hast Recht; Ich hatte jedoch den Eindruck, dass der Zustand mehr oder weniger stabil ist und den Schwanz zurück in den Wirbel drückt, wenn er versucht zu gehen (z. B. wenn die Nase wegen fehlenden Drucks nach hinten umkippt). Ich kann nicht wirklich sagen, dass ich die Aerodynamik kenne, also könnte ich mich sehr irren.
Ich nehme an, es ist möglich, den Fluss so weit zu unterbrechen, dass die Steuerung unwirksam ist, aber nicht genug, um die Nase bis zum Stillstand zu halten, obwohl es wie ein langer Schuss und / oder ein schlechtes Design erscheint. Die meisten der (kleinen Flugzeuge) T-Schwänze, die ich geflogen bin, erfordern ein wenig zusätzlichen Aufwand, um das Flugzeug hart zum Stillstand zu bringen, da die Störung die Nase sanft wieder nach unten lässt und Sie dann nicht mehr zum Stillstand kommen.
In großen Klimaanlagen können tiefe Ställe aufgrund des Rumpfhubs und (insbesondere bei Verkehrsflugzeugen) gekehrter Flügel, die beim Abwürgen den Druckmittelpunkt nach vorne bewegen, recht stabil werden. Bei kleineren Flugzeugen ist es jedoch sehr schwierig, die Nase hoch genug zu halten, um ein T-Heck zu überschatten
@Radu094: Vielleicht möchten Sie sich die ACI / Mayday-Episode von BEA Flight 548 ansehen, in der ein Hawker Siddley Trident mit T-Heck-Montage einen nicht behebbaren Stand betrat: http://en.wikipedia.org/wiki/British_European_Airways_Flight_548
@falstro - Sie irren sich nicht. Die grundlegende Gefahr eines T-Hecks in einem Stall besteht darin, dass das Flugzeug kurz vor dem Abwürgen steht, da das Heck im ungestörten Luftstrom ausfällt (normalerweise beginnt der Luftstrom aus den Tragflächen, die Aufzüge zu büffeln). Die Hauptindikation ist ein Auftriebsverlust, den der Pilot natürlich durch Hochziehen und Vertiefung des Stalls korrigieren würde. Sobald Sie im Stall sind, ist der Schwanz geschützt, wie Ihre Antwort zeigt. Ein weiteres Problem sind die gekehrten Flügel, die dazu führen, dass die Flügelspitze zuerst zum Stillstand kommt, die Mitte des Auftriebs nach vorne bewegt und die Nase hoch hält.
Um diesen Tendenzen entgegenzuwirken, geben Stockschüttler dem Piloten ein taktiles Feedback, das dem eines herkömmlichen Hecks ähnelt, während Stockschieber die Säule in einer AOA vor dem Abwürgen nach vorne schieben, was der natürlichen Tendenz des Piloten entgegenwirkt, zu versuchen, nach oben zu schnüffeln . Selbst dann sind die mit dem Fliegen eines großen T-Hecks verbundenen Risiken für US-amerikanische Fluggesellschaften zu groß. Die 727 ist so gut wie weg, die MD-80 geht in den Ruhestand und die verbleibenden T-Schwänze, die noch in Produktion sind, sind kleinere Regionalflugzeuge mit schmalem Körper und fügsameren Eigenschaften (und weniger gefährdeten Leben).
@p1l0t: Es sollte ja sein, aber wenn die COM des Flugzeugs aus irgendeinem Grund zu weit zurück ist ...
#3
+5
Ludovic C.
2014-01-30 17:10:25 UTC
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Die Überlegungen in der Antwort des Rogen sind völlig richtig, es können jedoch auch andere Faktoren berücksichtigt werden.

Erstens ist es richtig, dass die Verwendung eines herkömmlichen Schwanzes dazu führt, dass der Luftstrom über den Schwanz möglicherweise erfolgt durch den Hauptflügel und / oder die Motoren und / oder den Rumpf gestört werden. Die durch den Hauptflügel auf die Strömung induzierte Abwaschung wird jedoch (für die Reisebedingungen) bei der Konstruktion des Hecks berücksichtigt, um einige negative Aspekte der Wechselwirkung zwischen dem Hauptflügel und dem Heck zu verringern

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen diesen beiden Konfigurationen betrifft die Stabilität. Wie ich bereits in dieser Antwort erklärt habe, wird der Schwanz verwendet, um einen Auftrieb zu erzeugen, der erforderlich ist, um die Trimmbeziehungen zu erfüllen. In Bezug auf die "vertikale" Kraftgleichgewichtsgleichung gibt es keinen wirklichen Unterschied zwischen den beiden Konfigurationen, aber es gibt einen großen Unterschied für das Momentgleichgewicht.

Angenommen, Sie haben den gleichen Auftrieb, der von beiden Konfigurationen erzeugt wird (Dies ist aufgrund des "vertikalen" Kraftgleichgewichts relevant.) Eine kurze Skizze wird Sie davon überzeugen, dass sowohl der Winkel als auch der Hebelarm unterschiedlich sind. Die Schlussfolgerung dieser Studie kann nicht ohne ein konkretes Beispiel gezogen werden, aber ich hoffe, es ist für Sie klar, dass die Stabilität durch die Wahl des Schwanzes wirklich beeinflusst wird.

Aus struktureller Sicht, wenn Sie transsonisch fliegen ( oder sogar Überschall) Es ist nicht gut, eine T-Schwanz-Konfiguration zu haben, da dies normalerweise ein Flattern am Schwanz hervorruft.

Schließlich erhöht die Verwendung eines T-Schwanzes auf einer niedrigeren Ebene, aber immer noch einen Unterschied, die Spur (im Vergleich zu einer herkömmlichen Konfiguration, bei der sich das Heck fast hinter den Hauptflügeln und dem Rumpf befindet) hinter Ihrem Flugzeug und somit ist der Luftwiderstand, den Sie überwinden müssen, größer.

Ich bin mir nicht so sicher über Ihr Argument für zusätzlichen Widerstand ...
@yankeekilo Aber Sie stimmen zu, dass die Spur breiter ist?
hmmm ... "Wake Size" ist ziemlich undefiniert. Der resultierende Widerstand ist das, was zählt. Ein Stabilisator bei ungestörtem Luftstrom erzeugt auch ein besseres L / D als bei turbulenter Strömung. Wenn Sie also keine Quellen für dieses Argument haben, würde ich mich nicht darauf einlassen.
#4
+3
Koyovis
2017-11-15 11:11:32 UTC
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Ein T-Heck hat strukturelle und aerodynamische Konsequenzen. Die strukturellen Überlegungen sind natürlich das erhöhte Gewicht des vertikalen Hecks, da jetzt die Kräfte und Momente auf das horizontale Heck unterstützt werden müssen, einschließlich der Verstärkung für das Flattern. Das vertikale Heck kann aufgrund des Endplatteneffekts des horizontalen Hecks kürzer sein, und der Momentarm zum CoG ist länger. Bei den meisten Flugzeugen mit höherer Unterschallgeschwindigkeit verringern diese Effekte jedoch lediglich die Gewichtsstrafe.

Die Das T-Heck bleibt länger außerhalb des Bodeneffekts als der Hauptflügel. Bei Annäherung an den Boden verursacht die Zunahme des Flügelhubs ein automatisches Aufflackern: Das Flugzeug landet selbst. Aus der Wikipedia-Seite der Handley-Seite Victor:

Ein ungewöhnliches Flugmerkmal des frühen Victor war seine Selbstlandefähigkeit; Sobald das Flugzeug an der Landebahn ausgerichtet war, flammte es natürlich auf, wenn der Flügel in Bodenwirkung eintrat, während das Heck weiter sank, was eine gepolsterte Landung ohne Befehl oder Eingreifen des Piloten ermöglichte.

Photo from the wiki page as well

Die aerodynamischen Konsequenzen eines T-Hecks haben am meisten mit Stabilität und Kontrolle im Stall- und Post-Stall-Verhalten zu tun und können schwerwiegend sein. Die Fokker 28 und F100 hatten Stabschieber, die einen hohen Anstellwinkel erkannten, was es so gut wie unmöglich machte, die Säulen in der hinteren Position zu halten. Der Grund dafür ist die Umkehrung der Steigung von $ C_M $ - $ \ alpha $ von T-Schwänzen, wie unten dargestellt.

from Torenbeek, Synthesis of Subsonic Airplane Design.

  • Grafik A ist für eine Schwanzhöhe von 2 * MAC
    • Grafik B für 1 * MAC
    • Grafik C für dieselbe Höhe wie MAC

    Das Flugzeug ist aerodynamisch stabil, wenn die Steigung $ C_M $ - $ \ alpha $ negativ ist, wie in den Fällen B und C. Bei Konfiguration A wird die Steigung nach dem Strömungsabriss positiv, was bedeutet, dass die Nase zunehmen möchte nach oben nach dem Erreichen des Standes - keine gute Situation.

    Die Stallgeschwindigkeit muss während der Zertifizierung nachgewiesen werden, und eine sichere Wiederherstellung nach einem Stall ist erforderlich. Ein Stockschieber verhindert, dass das Flugzeug in den tiefen Stallbereich gelangt.



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