Bieten horizontale Stabilisatoren Auftrieb?

Das Höhenleitwerk sorgt für Auftrieb, aber meist in negativer Richtung. Könnte man für positiven Auftrieb sorgen?

Die Antwort hängt vom CG-Standort ab.

Vorwärts CG, die Antwort ist nein.

Hinter dem Schwerpunkt ist die Antwort ja, aber nur, wenn der Schwerpunkt hinter dem Auftriebsmittelpunkt war.

Mit anderen Worten, je weiter vorne der Schwerpunkt im Vergleich zum Auftriebsmittelpunkt liegt, desto mehr Abtrieb muss das Heck liefern. Dem Auftrieb vom horizontalen Stich in die "falsche Richtung" muss der Flügel entgegenwirken, und daher gibt es mehr induzierten Widerstand. Für ein gegebenes Flugzeugbruttogewicht und einen gegebenen Schub/eine gegebene Leistung wird es eine höhere Reisegeschwindigkeit mit einem weiter hinten liegenden Schwerpunkt geben.

Es gibt praktische Grenzen für extreme vordere und hintere CG-Positionen, und daher hat jedes Flugzeug eine zulässige "Hülle" zum Beladen für einen Sicherheitsspielraum.

Flugzeuge sind so konstruiert, dass sie eine Reihe von zulässigen CG-Positionen haben, um das Beladen vor dem Flug zu erleichtern (insbesondere bei Frachtflugzeugen) und um es den Passagieren und der Besatzung zu ermöglichen, sich während des Fluges in der Kabine zu bewegen.

Horizontale Stabilisatoren könnten kleiner dimensioniert werden, aber das würde die Ladeflexibilität verringern, den Passagierkomfort verringern und die Flugzeugabfertigungsleistung verringern; Oft werden alle Tragflächen und Steuerflächen unter Berücksichtigung vieler Faktoren entworfen, für eine gute Steuerharmonie, gute Fahrt in rauer Luft, für Stabilität bei Instrumentenanflügen, für flexible Beladung verschiedener Bauch- und Hauptdeck-Laderäume / Passagierkonfigurationen usw.

Fliegende Flügel und Delta-Flügel-Designs kommen einem als Flugzeuge ohne horizontale Stabilisatoren in den Sinn, wie die Northrup Spirit oder Convair Delta Dart.

Ihre andere Frage: Würden Hersteller horizontale Stabilisatoren entwickeln, um Auftrieb zu bieten? Hoffentlich können Sie jetzt erkennen, dass dies kein Designziel ist. Das Flügeldesign ist so fortschrittlich, dass Designer erstaunlich schöne und leistungsstarke Flügel herstellen, die den Auftrieb am effizientesten erzeugen. Schauen Sie sich einen Gulfstream V-Flügel oder einen Boeing 747-Flügel an. Es ist nicht effizient, einen Flügel zu bauen, der nicht gut funktioniert und dann eine zusätzliche Oberfläche benötigt, um mehr Auftrieb zu erzeugen. Ausnahmen davon könnten Doppeldecker oder Dreidecker sein, da sie mehrere kürzere Flügel anstelle eines längeren Flügels verwendeten, aber das ist im Luftverkehr nicht praktikabel. Wie viele Boeing-Doppeldecker und Airbus-Dreidecker sehen Sie auf der ganzen Welt reisen? Es ist einfach besser, den gesamten Auftrieb, der benötigt wird, in ein einzelnes Flügeldesign zu stecken.

Wenn sich die kleine Fläche vor dem Hauptflügel befindet, hebt sie sich in der Regel an. Wenn es sich hinter dem Hauptflügel befindet, hebt es (meistens) nach unten.

Das ist eine grobe Vereinfachung, aber es ist sehr nützlich, um sich vorzustellen, was in Ihrem Kopf vor sich geht.

Ein Flugzeug mit normalem Heck ist wie eine Wippe, nur dass der Drehpunkt kein fester Punkt ist, sondern die Mitte der vom Flügel erzeugten Auftriebskraft. An einem Ende der Wippe versucht der Schwerpunkt, sie nach vorne zu kippen, wie ein Kind, das auf dem Sitz sitzt, und am anderen Ende drücken Sie nach unten, um das Kind hochzuhalten, oder im Fall des Flugzeugs drückt das horizontale Heck dagegen das Moment des Schwerpunkts, das vor dem Auftriebszentrum wirkt, um es im Gleichgewicht zu halten. Wenn Sie das horizontale Leitwerk abbrachen, würde das Flugzeug direkt auf den Boden zeigen, als ob Sie den Wippensitz an Ihrem Ende loslassen und das Kind fallen lassen würden.

Ein Flugzeug mit einer Canard-Oberfläche vorne und einem großen Flügel hinten ähnelt eher einem Muldenkipper. Es gibt eine große Achse hinten, die den größten Teil des Gewichts trägt, und eine kleine Achse vorne, die einen geringen Teil des Gewichts trägt.

Beide Achsen halten - und beide Oberflächen des Canard-Flugzeugs heben sich, aber die hinteren leisten den größten Teil der eigentlichen Arbeit. Der Schwerpunkt liegt nahe am Ende mit der großen Achse (dem Hauptflügel), und die Achse am vorderen Ende (die Canard-Oberfläche) leistet nur einen kleinen Teil des gesamten Haltens (oder Hebens), da ihre Aufgabe hauptsächlich darin besteht Kontrolle (Kontrolle über Neigung und Geschwindigkeit im Flugzeug, Kontrolle über Lenkung und Bremsen im LKW).

Flugzeuge mit drei Oberflächen, sowohl einem Heck als auch der Rückseite und einer Ente auf der Vorderseite, sind eine Art Wippe, aber mit einem kleinen Stützstab unter dem Kind, um ihm zu helfen, ihn hochzuhalten, damit Sie nicht so stark nach unten drücken müssen dein Ende (der Schwanz). Eine Art Wippe/Muldenkipper-Hybrid, könnte man sagen.

Jedes Canard- Design verwendet den horizontalen Stabilisator für den Auftrieb.

Verkehrsflugzeuge verwendeten in der Vergangenheit Abtrieb an ihren Hecks, um eine ausreichende statische Längsstabilität zu erzielen, aber die neueren Konstruktionen verwenden im Reiseflug einen geringen Auftrieb und halten die Stabilität mit künstlichen Mitteln aufrecht. Manchmal wird ein Hecktank verwendet, um den Schwerpunkt ausreichend nach hinten zu verlagern.

Der Heckauftrieb im getrimmten Flug variiert, wenn ein gewölbtes Flügelprofil verwendet wird . Flügel mit gewölbten Tragflächen führen normalerweise zu einem positiven Heckauftrieb bei hohem Anstellwinkel und mittleren bis hinteren Schwerpunktlagen. Normalerweise sollte die Belastung des Hecks gering sein, um genügend Spielraum zum Manövrieren zu haben.

Beachten Sie, dass die negative Flügelwölbung an der Wurzel eines Höhenleitwerks dazu beiträgt, die Isobaren auf der gepfeilten Oberfläche bis zur Wurzel parallel zu halten, sodass dies nicht sofort ein Hinweis auf überwiegend negative Leitwerkslasten ist. Eine negative Nasenwölbung am Heck trägt auch dazu bei, die Strömungsablösung am Heck bei hohen negativen Lasten zu verzögern, die erforderlich sind, um das Flugzeug mit vollen Klappen zu trimmen.

Das Gegenteil. Im Allgemeinen drückt das Heck auf das Flugzeug. Während die Flügel den Rumpf nach oben drücken, drückt das Höhenleitwerk das Heck nach unten. Ja, dies erhöht die Belastung der Flügel.

Schauen Sie sich das Profil eines horizontalen Stabilisators genau an, Sie können sehen, dass es umgekehrt ist.

Wenn Sie sich auch den Bewegungsbereich von vollständig beweglichen horizontalen Stabilisatoren auf Jetlinern ansehen, ist der überwiegende Teil ihres Bereichs negativer AoA.

Quelle

Aus Stabilitätsgründen erzeugen Hecks einen Abwärtsdruck.

Theoretisch wäre es möglich, dass ein horizontaler Stich Auftrieb (Aufwärtskraft) erzeugt, indem die resultierende Instabilität mit einem Fly-by-Wire-System kompensiert wird, aber das Flügel- / Hecksystem wäre immer weniger effizient bei der Erzeugung von Auftrieb als nur den Hauptflügel herzustellen etwas größer.