Haben Flugzeuge, die nur Spoiler zur Rollsteuerung verwenden, ohne herkömmliche Querruder, eine Überkreuzungsfluggeschwindigkeit?

Flugzeuge haben im Allgemeinen eine Crossover-Fluggeschwindigkeit (eine minimale Fluggeschwindigkeit, unter der die Richtungskontrolle des Flugzeugs im Falle eines Ruder-Hardovers nicht aufrechterhalten werden kann). Dies liegt daran, dass mit abnehmender Fluggeschwindigkeit auch der von den Flügeln eines Flugzeugs erzeugte Auftrieb abnimmt, wodurch das Flugzeug gezwungen wird, mit einem höheren Anstellwinkel zu fliegen, um einen stabilen Flug aufrechtzuerhalten. Dadurch werden die Flügel des Flugzeugs näher an ihren Stallwinkel gebracht, wodurch die Auftriebsreserve der Flügel verringert und dadurch der Betrag verringert wird, um den ein abgesenktes Querruder den Auftrieb seines angebrachten Flügels erhöhen kann, was zu einer Verringerung der maximalen Rollautorität des Flugzeugs führt. bei gleichzeitiger Steigerungdie Rate, mit der der Luftwiderstand mit zunehmendem Anstellwinkel zunimmt, und daher die Schwere des durch die Querruder erzeugten nachteiligen Gierens erhöht . 1

Allerdings verwenden nicht alle Flugzeuge Querruder zur Rollsteuerung; Einige verlassen sich ausschließlich auf Spoilerons (Spoiler zur Rollkontrolle) oben auf den Flügeln. Um ein solches Flugzeug zu rollen, wird der Spoiler auf dem nach unten gehenden Flügel angehoben (wodurch die von dem Flügel erzeugte Auftriebsmenge verringert und zum Absenken gebracht wird), während auf dem nach oben gehenden Flügel nichts passiert. 2 Bemerkenswerte Beispiele für Nur-Spoiler-Flugzeuge sind die B-52G/H , deren lange, dünne Flügel sich unter den Torsionsbelastungen herkömmlicher Querruder in einem inakzeptablen Maße verwinden würden (was die Ermüdungslebensdauer des Flügels verkürzt und eine Umkehrung der Flugsteuerung riskiert und/oder strukturelles Versagen des Flügels) und der MU-2, der zur Erzielung einer guten STOL-Leistung große Klappen über die gesamte Länge seiner Flügel hat und keinen Platz für herkömmliche Querruder lässt.

Da das Rollsteuerungssystem eines Nur-Spoiler-Flugzeugs nicht von der Erhöhung des von beiden Flügeln erzeugten Auftriebs abhängt, sollte es immun gegen die Abnahme der Rollautorität bei hohen Anstellwinkeln sein, die ein mit Querrudern ausgestattetes Flugzeug mit einer Überkreuzungsfluggeschwindigkeit verflucht. Daher würde man theoretisch erwarten, dass Flugzeuge, die keine herkömmlichen Querruder zur Rollsteuerung verwenden, wie die B-52G / H oder MU-2, keine Überkreuzungsfluggeschwindigkeit haben.

Ist das wahr? Wenn nicht, warum?

1 : Dies wird verschlimmert, indem der vertikale Lastfaktor des Flugzeugs über 1 G hinaus erhöht wird, das Flugzeug bis zu seinem maximal zulässigen Gewicht beladen wird und / oder die Klappen (falls vorhanden) eingefahren werden., die alle den Anstellwinkel erhöhen, mit dem das Flugzeug fliegen muss, um den von ihm geforderten Auftrieb zu erzeugen, und somit die Überfluggeschwindigkeit des Flugzeugs erhöhen, oder durch Zurückziehen der Vorderkantenvorrichtungen (falls vorhanden) und / oder Fliegen mit vereisten/infizierten Flügeln, die beide den Strömungsabrisswinkel des Flügels verringern und dadurch die Überkreuzfluggeschwindigkeit des Flugzeugs erhöhen; Umgekehrt nimmt die Crossover-Fluggeschwindigkeit eines Flugzeugs ab, wenn die Nase nach vorne gedrückt wird, um einen vertikalen Lastfaktor unter 1 G aufrechtzuerhalten, wenn das Flugzeug leer oder sehr leicht beladen ist, wenn die Klappen und Lamellen / Droops vollständig ausgefahren sind und die Flügel frei von irgendwelchen sind Kontamination.

2 : Die meisten Flugzeuge (außer sehr kleinen) haben und verwenden Spoiler aufgrund ihrer Vorteile bei sehr niedrigen 3 und sehr hohen 4 Fluggeschwindigkeiten; Die überwiegende Mehrheit davon ist jedoch auch mit konventionellen Querrudern ausgestattet.

3 : Da Spoiler den Anstellwinkel von keinem Teil eines Flügels erhöhen, sind sie von der Verringerung der Auftriebsreserve und der Erhöhung des induzierten Widerstands, die mit höheren Anstellwinkeln einhergehen, nicht betroffen. Darüber hinaus erzeugen sie im Gegensatz zu herkömmlichen Querrudern eher ein umgekehrtes als ein nachteiliges Gieren (da Spoiler den Luftwiderstand auf dem nach unten gehenden Flügel [dem mit dem angehobenen Spoiler] erhöhen und nicht auf dem nach oben gehenden Flügel, wie dies bei Querrudern der Fall ist); somit unterstützt bei Spoilern das Giermoment, das durch Auslenkungen der Rollleitflächen erzeugt wird, das beabsichtigte Manöver, anstatt es teilweise aufzuheben.

4 : Da die aerodynamische Kraft, die durch die Auslenkung des Spoilers erzeugt wird, nahe der Sehnenmitte aufgebracht wird (statt an der Hinterkante des Flügels, wie es bei Querrudern der Fall ist), übt die Auslenkung des Spoilers bei sehr hohen Fluggeschwindigkeiten viel geringere Torsionsbelastungen auf die Flügelstruktur aus als Die Querruderauslenkung verringert das Ausmaß der Flügelverdrehung (was die Rollsteuerungsautorität des Flugzeugs verringert, die Lebensdauer der Flügelstruktur verkürzt und bei ausreichend hohen Fluggeschwindigkeiten eine vollständige Umkehrung der Steuerung und / oder ein strukturelles Versagen des verursachen kann Flügel, die alle allgemein als unerwünscht angesehen werden), die durch Auslenkungen der Rollleitflächen verursacht werden.

Den Begriff Crossover Airspeed habe ich noch nie gehört.
@CarloFelicione – Übergangsgeschwindigkeit: „Um das Problem weiter zu verkomplizieren, versetzten die Konfiguration und die Fluggeschwindigkeit (Klappen 1 und 190 Knoten) das Flugzeug in ein Flugregime, in dem ein vollständig ausgelenktes Ruder das seitliche Steuersystem überwältigen würde. Dieses Phänomen entstand identifiziert als die „Crossover-Geschwindigkeit“ oder die Geschwindigkeit , bei der das seitliche Steuersystem (Querruder und Rollspoiler) den verfügbaren vollen Ruderausschlag genau ausgleichen könnte.“ Aus der FAA-Unfallübersicht: Lessonslearned.faa.gov/… Google "Übergangsgeschwindigkeit" für mehr.
Nein, Mitsubishi hat keine Crossover-Fluggeschwindigkeit veröffentlicht.
Es scheint, dass die Frage keinen Horizontalflug spezifiziert. Da der eingesetzte Spoiler den Auftriebskoeffizienten des gesamten Flügelsystems netto verringert und den Luftwiderstandsbeiwert netto erhöht, gibt es sicherlich eine Leistungseinstellung, unterhalb derer die Höhe nicht mit dem Ruder hart gehalten werden kann, aber ich denke, das ist nicht wirklich eine antworten.
Ich glaube nicht, dass es allgemein beantwortet werden kann, da es bearbeitet wurde. Wie Sie erklären, sollte dies nicht der Fall sein, aber wir können uns eine Situation vorstellen, in der dies der Fall wäre (z. B. die Aktuatoren von Spoilerons können nicht mit sehr hoher Fluggeschwindigkeit fahren). Aber jedes vernünftige Design würde solche Bedingungen außerhalb des Flugbereichs bringen . Wie können wir dann beurteilen, ob das Flugzeug zu einem solchen Crossover neigt, wenn die Bedingungen durch andere Faktoren begrenzt sind (und daher wahrscheinlich nicht einmal darauf getestet wurden)?
Haben Sie das Seitenruder der B-52G/H gesehen? Es braucht nicht viel, um ein hartes Überschreiten dieser Registerkarte zu überwinden. ;)
Sie könnten die Frage verkürzen zu " Sind Querruder oder Spoiler in der Lage, einem vollständig ausgelenkten Seitenruder im gesamten Flugbereich eines Flugzeugs entgegenzuwirken? "

Antworten (3)

Das MU-2-Flughandbuch erwähnt keine Crossover-Fluggeschwindigkeit. Ich vermute, das liegt an der hervorragenden Kontrollinstanz der Spoilerons.

Ich denke, Sie meinen Vmc / Vmca oder Minimum Controllable Airspeed (ich habe es in beide Richtungen abgekürzt gesehen). Ich habe noch nie von dem Begriff "Crossover Airspeed" gehört.

Alle mehrmotorigen Flugzeuge (außer denen wie der Cessna Skymaster, bei denen die Triebwerke in einer Gegentaktkonfiguration entlang der Mittellängsachse angeordnet sind) werden getestet, um diese Fluggeschwindigkeit während der Zertifizierungstestflüge zu bestimmen. Vmc wird auf dem Fluggeschwindigkeitsanzeiger als rote radiale Linie über dem weißen Bogen bezeichnet, der anzeigt, wann das Ausfahren und Betätigen der Klappen sicher ist. (Es gibt eine weitere rote Linie, die Vne oder Never Exceed Airspeed anzeigt).

Dies sollte niemals mit der blauen radialen Linie verwechselt werden, die Vyse oder die beste Steigfluggeschwindigkeit eines einzelnen Triebwerks ausmacht.

Vmc wird vom Hersteller als die minimale Fluggeschwindigkeit bestimmt, bei der es möglich ist, die Richtungskontrolle des Flugzeugs innerhalb einer Kursänderung von 20 Grad wiederzuerlangen und danach einen Geradeausflug mit nicht mehr als 5 Grad Querneigung aufrechtzuerhalten, wenn ein Triebwerk plötzlich ausfällt mit:

  • Startleistung bei beiden Motoren
  • Hinterster zulässiger Schwerpunkt
  • Klappen in Startposition
  • Fahrwerk eingefahren
  • Propeller-Windmilling in Takeoff-Pitch-Konfiguration (oder gefiedert, wenn automatisch gefiedert)

Beim Mitsubishi MU-2 liegt Vmc zwischen 89 und 100 (Knoten kalibrierte Fluggeschwindigkeit), je nachdem, wie das Flugzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt konfiguriert ist .

Nein, das meine ich nicht. Die Crossover-Fluggeschwindigkeit ist die Fluggeschwindigkeit, unter der die maximale Rollautorität der seitlichen Steuerung des Flugzeugs geringer ist als das durch Seitenschlupf induzierte Rollmoment eines vollständig ausgelenkten Ruders, wie in der Frage erläutert, auf die meine Frage mit der Antwort verknüpft ist.
Nebenbei bemerkt (darum geht es so oder so nicht), die längere Abkürzung Vmca bedeutet minimale Steuergeschwindigkeit in der Luftgeschwindigkeit und wird im Gegensatz zu Vmcg, der minimalen Steuergeschwindigkeit am Boden , verwendet .

Ich kann verstehen, worauf Sie hinaus wollen. Ihr Punkt ist im Wesentlichen, wenn ein Pilot das Seitenruder voll ausgelenkt hat, gibt es eine Mindestfluggeschwindigkeit, bei der es durch Querruder- oder Spoilersteuerung überwunden werden könnte? Aber ich bezweifle ernsthaft, dass Flugzeughersteller dieses Phänomen testen, jedenfalls ist mir der Begriff in 38 Jahren Luftfahrt noch nie begegnet. Ein hart überschlagendes Seitenruder bei jeder Fluggeschwindigkeit in etwas anderem als einem vollwertigen Kunstflugflugzeug wird viel Kummer verursachen. American Airlines Flug 587 war ein Beispiel dafür, was mit einem Verkehrsflugzeug passieren würde, wenn der volle Ruderausschlag befohlen wird. Flugzeuge werden tatsächlich wie oben erwähnt auf Vmca getestet.

Gleichzeitig kann erwähnt werden, dass man in vielen Leichtflugzeugen ein Seitenschlupfmanöver mit vollem Seitenruder- und Querrudereingang ausführen konnte, um schnell an Höhe zu verlieren, und tatsächlich wurde dieses Manöver im Air Canada-Flug 143-Notfall sowie im TACA-Flug 110 verwendet. Es ist jedoch höchst zweifelhaft, dass Hersteller jemals eine „Crossover Airspeed“ veröffentlicht haben.

AA587 ist kein gutes Beispiel, da die Überbeanspruchung des vertikalen Stabilisators ein dynamischer Effekt war, der durch schnelles Wechseln zwischen linkem und rechtem Befehl verursacht wurde und nicht nur das Ruder am Anschlag hielt. Ein besseres Beispiel wären United Airlines 585 und USAir 427, bei denen der vollständige Ruderausschlag auf einen Aktuatorfehler zurückzuführen war (beide Abstürze), und Northwest Airlines 85, die sicher landete, aber eine 747 ein geteiltes Ruder hat und nur zur Hälfte blockiert ist in der extrem abgelenkten Position, während die Piloten den anderen in die andere Richtung abgelenkt hielten, um dies auszugleichen.

Es ist möglicherweise nicht gut, einem Querruder oder einem Spoiler bei hohem AOA zu vertrauen.

Zunächst einmal ist die "minimale Überfluggeschwindigkeit" die minimale Fluggeschwindigkeit, bei der ein Flugzeug über eine ausreichende Rollberechtigung verfügt , um einen entgegengesetzten Seitenschlupf zu einem harten Seitenruder zu erzeugen. Das Rutschen in die entgegengesetzte Richtung übt eine seitliche Kraft auf den horizontalen Stabilisator aus und hilft, der Ruderkraft entgegenzuwirken.

Die Schwierigkeit mit Querrudern bei höheren Anstellwinkeln ist wie folgt: Das nach unten gerichtete Querruder erzeugt einen Luftwiderstand auf der gleichen Seite wie das Seitenruder, wodurch ein "antikoordinierter" Zustand entsteht (es verschlimmert das Gieren). Außerdem kann die Flügelspitze bei hohem AOA stehen bleiben, was zu den Problemen beiträgt. Auf der anderen Seite wird das nach oben angehobene Querruder bei hoher AOA vom Luftstrom durch den Flügel blockiert, was seine Wirksamkeit verringert. Ein Spoileron, obwohl etwas sicherer, hätte ähnliche Probleme.

Eine Lösung, insbesondere bei Flugzeugen, die mit viel verfügbarem Schub gesegnet sind, wäre die Verwendung einer Muschelschale am gegenüberliegenden Flügel, um gerade zu bleiben. Und schließlich, wie bei einer hypothetischen B-52 I, das Seitenleitwerk/Ruder loswerden und einfach die Clamshells verwenden.

Mit dem aktuellen BUFF ist auch Differentialschub eine Option.

Haben Flugzeuge, die nur Spoiler zur Rollsteuerung verwenden, ohne herkömmliche Querruder, eine Überkreuzungsfluggeschwindigkeit?
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