Frage:
Was sind die Vorteile eines nach vorne gekehrten Flügels gegenüber einem nach hinten gekehrten Flügel?
flyingfisch
2014-03-17 09:44:58 UTC
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Was sind die Vorteile eines vorwärts gefegten Flügels gegenüber einem rückwärts gefegten Flügel? X-29 - forward swept
Bildnachweis: NASA

F-86 - rearward swept Bildnachweis: Paul Maritz / Wikimedia

Der nach vorne gekehrte Flügel verhält sich bei Überschallgeschwindigkeit mit diesen kleineren Flügeln eher wie ein Dreiecksflügel
mit einem wort: wenige!
Auf Wikipedia gibt es eine Liste von Flugzeugen mit vorwärts gekehrten Flügeln: http://en.wikipedia.org/wiki/Category:Forward-swept-wing_aircraft
Der X-29 war bis zu einem gewissen Grad eine Hybris seitens der Entwickler von Steuerungssystemen. Sie können die Natur bekämpfen, aber nur bis zu einem gewissen Grad. (Dies ist eine gute verwandte Lektüre aus Sicht des Steuerungssystems: "Respektiere das Instabile", G. Stein, IEEE Control Systems Magazine, August 2003.)
Fünf antworten:
SSumner
2014-03-17 20:50:56 UTC
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Es wurden nur wenige Flugzeuge mit nach vorne gekehrten Flügeln gebaut. Am bemerkenswertesten war der X-29, den Sie oben abgebildet haben. Russland / UdSSR bauten 1997 eine weitere, die Sukhoi Su-47. Einer der größten Ansprüche hinsichtlich der Überlegenheit oder des Vorteils eines nach vorne gekehrten Flügels war die erhöhte Manövrierfähigkeit. Im Fall der X-29 ist jedoch, wie in der Bewertung der Flugqualitäten des X-29A-Forschungsflugzeugs angegeben,

die Instabilität der Flugzeugzelle mit hoher Steigung führte zu breiten Vorhersagen extremer Manövrierfähigkeit. Diese Wahrnehmung hat sich in den Jahren nach dem Ende der Flugtests bewährt. Luftwaffentests haben diese Erwartung nicht bestätigt. Damit das Flugsteuerungssystem das gesamte System stabil hält, musste die Fähigkeit, ein Manöver leicht einzuleiten, moderiert werden. Dies wurde in das Flugsteuerungssystem programmiert, um die Fähigkeit zu bewahren, die Nickrotation zu stoppen und zu verhindern, dass das Flugzeug außer Kontrolle gerät. Infolgedessen konnte das gesamte geflogene System (auch mit dem Flugsteuerungssystem in der Schleife) nicht als besonders beweglich charakterisiert werden. Es wurde der Schluss gezogen, dass die X-29 eine höhere Beweglichkeit hätte haben können, wenn sie schnellere Steuerflächenaktuatoren und / oder größere Steuerflächen gehabt hätte.

Die Su-47 war in der Tat ein sehr wendiges Flugzeug, das fähig war Mit 9 Gs war sein unmittelbarer Vorgänger, der Sukhoi Su-37, jedoch in der Lage, 10 Gs zu ziehen. Es ist also nicht klar, ob ein nach vorne gekehrter Flügel einen wirklich positiven Einfluss auf die Manövrierfähigkeit hat.

Die Stall-Eigenschaften sind jedoch sehr unterschiedlich. Luft neigt dazu, sich zum hintersten Ende des Flügels zu bewegen. Bei einer Standardkonfiguration (Heckflügel) bewegt sich dieser natürlich von der Flügelwurzel zur Flügelspitze. Bei einem nach vorne gekehrten Flügel bewegt sich dieser jedoch von der Flügelspitze zur Flügelwurzel.

Airflow characteristics of swept wings (image courtesy of wikipedia)

Infolgedessen wird der gefährliche Zustand des Spitzenstillstands eines rückwärts gewobbelten Designs zu einem sichereren und kontrollierbareren Wurzelstillstand bei einem vorwärts gewobbelten Design. Dies ermöglicht eine vollständige Querrudersteuerung trotz Hubverlust und bedeutet auch, dass keine schleppinduzierenden Vorderkantenschlitze oder andere Vorrichtungen erforderlich sind. Wenn die Luft nach innen strömt, werden die Flügelspitzenwirbel und der damit verbundene Luftwiderstand verringert. Stattdessen wirkt der Rumpf als sehr großer Flügelzaun. Da die Flügel an der Wurzel im Allgemeinen größer sind, verbessert dies den Auftrieb und ermöglicht einen kleineren Flügel. Dadurch wird die Manövrierfähigkeit insbesondere bei hohen Anstellwinkeln verbessert. Bei transsonischen Geschwindigkeiten bilden sich Stoßwellen zuerst an der Wurzel und nicht an der Spitze, was wiederum dazu beiträgt, eine effektive Querruderkontrolle zu gewährleisten.

Aufgrund der Fähigkeit des X-29, die Spitzen seiner Spitze zu haben Die Flügel biegen sich nach unten , wenn der X-29 bei hohen Anstellwinkeln bei einem Anstellwinkel von 67 Grad steuerbar blieb. Dank moderner Fortschritte in der Schubvektorisierung kann der F-22 Raptor jedoch einen Anstellwinkel von über 60 Grad aufrechterhalten

Mit inhärenter Instabilität und Problemen mit zusätzlichen Belastungen Es ist unwahrscheinlich, dass wir in naher Zukunft Kampfflugzeuge mit vorwärts gefegten Flügeln sehen werden. Andere Technologien haben eine ähnliche oder verbesserte Leistung ermöglicht, ohne dass neuartige Konzepte erforderlich sind.
Bei der Manövrierfähigkeit, von der Sie hier sprechen, geht es nicht darum, mehr G ziehen zu können, sondern darum, schneller von 1 auf maximal G übergehen zu können. Es wird einfach durch den hinteren Schwerpunkt verursacht, unabhängig von der Flügelkonstruktion (die nach vorne gekehrten Flügel haben in diesem Fall nur dazu beigetragen, den Auftriebsmittelpunkt nach vorne zu bringen).
Ahhh, danke für diese Unterscheidung. Diese Schwerpunktlage verursacht die von mir erwähnte Tonhöheninstabilität
@JanHudec: Die aeroelastischen Eigenschaften von vorwärts geschwungenen Flügeln erhöhen jede Abweichung vom getrimmten Zustand: Wenn sie sich neigen, drehen sich die Flügelspitzen und erhöhen das Nickmoment. Aber das verschiebt das Steuerungsproblem jetzt dahin, die Nickbewegung zu stoppen.
Und der x-29 wurde von einem Computer gesteuert. Ohne die intensive Überwachung und Anpassung jeder Bedienoberfläche durch Computersysteme würde sie ziemlich schnell abstürzen und brennen.
Wurde dieses Design in automatisierten Systemen wie Drohnen verwendet? Mir scheint, wenn ein Computer zur Stabilisierung des Flugzeugs benötigt wird, könnten die Vorteile einer erweiterten Manövrierfähigkeit tatsächlich genutzt werden, wenn das Flugzeug vollständig computergesteuert wäre.
@jedd.ahyoung - nicht AFAIK. Bisher gebaute Drohnen waren hauptsächlich für Aufklärungs- und Abstandsangriffe gedacht, Bereiche, in denen Manövrierfähigkeit überhaupt nicht sehr wichtig ist
Gute Antwort! Eine kleine Bemerkung. Der unmittelbare Vorgänger der Su-47 ist die Su-27, aus der sich dieses Design als zukünftiges Marineflugzeug entwickelte, und nicht die Su-37, die neueste Version mit Schubvektor. Damals gab es keine Schubvektorierung, so dass Su-27 nicht so wendig war, wie es von Su-47 erwartet wurde. Heutzutage ermöglicht das Schubvektorieren eine größere Manövrierfähigkeit und Steuerbarkeit mit klassischem Flügeldesign, und dies machte das Design von nach vorne gekehrten Flügeln unpraktisch.
Peter Kämpf
2015-02-23 22:45:43 UTC
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Vorteile:

  • Die Flügelholmdurchführung kann hinter der Kabine platziert werden, sodass die Kabinenhöhe erhöht werden kann. Dies ist wichtig für Flugzeuge in Business-Jet-Größe.
  • Die Grenzschicht an den Spitzen wird vom Innenflügel nicht beeinflusst. Die Steuerbarkeit kann bis zum Stillstand aufrechterhalten werden.
  • Aeroelastische Effekte erhöhen die Steuerbefehle. Dies führt zu einer sehr reaktionsschnellen Flugzeugzelle.

Sie sind jedoch direkt mit diesen Nachteilen verbunden:

  • Das Abwürgen erfolgt zuerst an Bord, was zu einem führt Pitch-Up. Wenn der Schwanz nicht kompensieren kann, kann der Stall nicht wiederhergestellt werden.
  • Die aeroelastischen Effekte fördern das Flattern. Wenn sich herausstellt, dass die Flattergeschwindigkeit zu niedrig ist, muss der Flügel steifer gemacht werden, was zu einer Gewichtszunahme führt.

Diese beiden Nachteile überwiegen leicht die Vorteile für die meisten Konstruktionen. Das erste vorwärts gekehrte Design, der Junkers 287, benötigte einen massiven, geschmiedeten Flügeldurchgang für Steifheit. Das Handling war großartig, aber die Leistung war insgesamt schlecht.

Ju-287 with tufted wings and rockets below the wing engines

Ju-287 mit getufteten Flügeln und Raketen unter den Flügeltriebwerken. Das Stativ vor der Vertikalen hält eine verkleidete Kamera zur Beobachtung der Büschel während des Fluges. (Bild Quelle) sub>

In Kombination mit einem T-Heck stellt die hintere Position der Wurzel eines nach vorne gekehrten Flügels sicher, dass sich das Heck im Kielwasser befindet der Flügelwurzel in einem hohen Anstellwinkel, was zu einem tiefen Stall führen kann.

Die besten nach vorne gekehrten Flügel sind in der Natur zu finden: Vögel fegen ihren Flügel Tipps nach vorne, wenn sie sich erheben und viel Auftrieb schaffen wollen. Insbesondere für kurze Landungen ist der nach vorne gekehrte Flügel ideal, wenn sich die Beine zum Zeitpunkt des Flügelstillstands auf dem Boden befinden.

Ein Flugzeug mit überstrichenen Flügeln und ohne Auswaschung oder Waschung wird beim Abwürgen aufschlagen, unabhängig davon, ob die Flügel nach hinten oder vorne geschwenkt werden. Bei vorwärts gefegten Flugzeugen ist dies darauf zurückzuführen, dass die Wurzeln zuerst blockieren (wie Sie hervorheben), während dies bei rückwärts gekehrten Flugzeugen darauf zurückzuführen ist, dass die Flügelspitzen zuerst blockieren.
@Sean; Ja. Lesen Sie alles darüber [hier] (https://aviation.stackexchange.com/questions/47833/why-do-delta-wings-generate-less-lift-at-a-particular-angle-of-attack-compared- t / 47841? r = SearchResults & s = 1 | 87.8840 # 47841).
Robert
2014-03-18 21:32:34 UTC
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Für eine Lehrbuchübersicht: http://www.desktop.aero/appliedaero/potential3d/FSW.html

Beachten Sie, dass der Hansa Jet tatsächlich ein Produktionsflugzeug war Mit dem vorwärts gefegten Flügel und 2 Segelflugzeugtypen, die ich regelmäßig flog, hatten auch vorwärts gefegte Flügel (aus Sichtgründen: Schleicher Ka7 und Ka13).

R.

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Es wäre schön, wenn Sie die wichtigsten Punkte des verlinkten Artikels in den Text kopieren würden.
Der nach vorne gekehrte Flügel in Zweisitzer-Segelflugzeugen dient hauptsächlich dazu, den hinteren Piloten im Schwerpunkt zu platzieren, damit das Flugzeug von einem einzelnen Piloten ohne Ballast geflogen werden kann. Bessere Sichtbarkeit ist nur ein angenehmer Nebeneffekt.
Der Link ist jetzt tot.
rotula
2014-11-04 13:13:52 UTC
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Auch Zlin 142 hat einen nach vorne gekehrten Flügel.

Nicht aus aerodynamischen Gründen, sondern um die Piloten im Schwerpunkt und den Holm dahinter zu platzieren.

Urquiola
2015-02-23 05:22:11 UTC
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Blanik L-13 und Scheibe Bergfalke Segelflugzeuge hatten nach vorne geschwungene Flügel. Es scheint hilfreich zu sein, die Freiheit bei der Einstellung des Schwerpunkts in Bezug auf das Druckzentrum und die Platzierung der Piloten zu erhöhen. Die Vorteile von vorwärts gefegten Flügeln können hauptsächlich im niedrigen Geschwindigkeitsbereich, beim Start und bei der Landung liegen. Ich bin mir nicht sicher, ob Ju-287 ein Fehler ist. Es gibt Berichte, dass es in sowjetischen Händen 1'000 km / h erreicht hat, gut für einen Bomber, aber die Entwicklung des Konzepts wurde eingestellt, sie haben möglicherweise einige schwere Probleme festgestellt. Ein schwanzloses US-Flugzeug der späten 40er Jahre nutzte diese Anordnung, NASA / NACA, Cranfield Repository hat Dokumente darüber, auch YouTube-Videos existieren



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