Müssen alle Flugzeuge horizontale und vertikale Stabilisatoren haben?

Je nachdem, wie Sie die Steuerflächen klassifizieren, hat die B-2 Spirit keinen horizontalen Stab, da es sich um ein "Nurflügel"-Design handelt. Da Sie die Frage geändert haben, lautet der andere Teil der Antwort, dass die Nurflügel zumindest bei der B-2 auch ohne vertikale Stabilisatoren auskommen konnten. Es verwendet sowohl Spoiler ("geteilte Bremsruder") als auch ein Schubdifferential, um das Fehlen eines vertikalen Stabilisators auszugleichen.

Northrop hatte verschiedene Mittel zur Anwendung der Richtungssteuerung untersucht, die das Radarprofil des Flugzeugs am wenigsten beeinträchtigen würden, und sich schließlich für eine Kombination aus geteilten Bremsrudern und Differentialschub entschieden ~ Sweetman, Bill. "Lockheed Stealth" (2005) ISBN 0-7603-1940-5., p. 73

(Und wie bei der Flugsteuerung im Allgemeinen auf der B-2 hat das Fly-by-Wire-Flugsteuerungssystem sehr geholfen).

Wie die Deutschen in ihren Nurflügelflugzeugen ( Ho229 ) und die USAF in den YB-35- und YB-49-Programmen entdeckten, haben Nurflügel eine inhärente Instabilität, obwohl einige frühe Doppeldecker-„Nurflügelkonstruktionen “ stabil genug waren, um zu fliegen. (Dunne).

Der B-2 verfügt über ein Fly-by-Wire-System, um Stabilität und Fahreigenschaften beizubehalten, sodass er keine Kompromisse (Verluste) bei der Leistung eingehen muss, die frühere Nurflügelkonstruktionen hatten, um das Design „stabil genug“ zu machen.

Was der Höhenruder / Horizontalstab für herkömmliche Flugzeuge bewirkt, ist die Längssteuerung (Pitch-Steuerung). Wenn Sie sich nicht für diese herkömmliche Methode entscheiden, besteht der "Effekt" darin, dass Ihr Design einen anderen Weg finden muss, um Längskontrolle und Stabilität herzustellen, oder das Flugzeug riskiert, in dieser Achse instabil zu werden.

Ebenso muss Ihr Design bei vertikalen Stabilisatoren die Stabilität in der Gierachse ansprechen, wenn Sie es ohne eine in dieser Achse wirkende Steuerfläche schaffen möchten.

Basierend auf dem Wortlaut Ihrer Frage würde sich das Flying Wing -Design qualifizieren. Diese Flugzeuge haben keine richtigen „Heck“-Stabilisatoren und fliegen trotzdem.

Zu den ersten Flugzeugen, die flogen, gehörten die Modelle von Alphonse Pénaud , und sie flogen ohne Seitenleitwerk. Zur Stabilisierung reichte der gummibandbetriebene Schubpropeller. Manövrieren mussten sie freilich nicht.

Pénauds Planophor ( Bildquelle ). Der sich drehende Propeller ersetzte das Seitenleitwerk.

Nachdem Friedrich Ahlborn eine Studie über die aerodynamischen Eigenschaften des Alsomitra-Samens veröffentlicht hatte, entwarfen Igo Etrich und Franz Wels einen Gleiter, der von der Form des Samens inspiriert war. Diese flog 1906 und war der erste manntragende Nurflügler. Als Segelflugzeug konnte es sich zur Stabilisierung nicht auf einen Schubpropeller verlassen; Stattdessen kopierte es den zurückgebogenen Außenflügel des Alsomitra-Samens mit seiner nach oben geschwungenen Hinterkante.

Nurflügler verwenden zur Stabilisierung Reflextragflächen und/oder Wing Sweep in Kombination mit reduziertem Anstellwinkel im äußeren Teil des Flügels (Washout). Gierstabilität wird durch Sweep und Nickstabilität durch den reduzierten Einfall im äußeren/hinteren Teil des Flügels bereitgestellt. Im Allgemeinen kann das vollständige Vermeiden von Leitwerksflächen immer noch zu einem stabilen Flugzeug führen, reduziert jedoch die Dämpfung erheblich. Das Ergebnis ist ein flugfähiges, aber problematisches Design.

Kein Hängegleiter-Designer mit Selbstachtung würde zweimal darüber nachdenken, Leitwerke hinzuzufügen ( Bildquelle ).

Eine dritte Möglichkeit, ein herkömmliches Heck zu vermeiden, ist das V-Leitwerk , das 1930 vom polnischen Ingenieur Jerzy Rudlicki erfunden wurde.

Ultraflight Lazard ultraleicht mit umgekehrtem V-Leitwerk ( Bildquelle )

In den 1940er und 1950er Jahren wurde die Roll-, Nick- und Giersteuerung durch variable Flügelgeometrie demonstriert, um den Luftwiderstand und den normalerweise negativen Auftrieb des Hecks zu eliminieren.

Als Flügel mit variabler Geometrie in den 1960er Jahren neu erfunden wurden, war der ursprüngliche Zweck vergessen oder außer Acht gelassen worden, und die variable Geometrie beschränkte sich darauf, die Eigenschaften des Flügels an unterschiedliche Geschwindigkeitsflugregime anzupassen, wobei die Neigungs- und Giersteuerung von herkömmlichen Leitwerksflächen durchgeführt wurde.

Da sie sowohl das Gewicht von Flügelscharnieren und Aktuatoren als auch die Nachteile von Hecksteuerflächen hatten, waren sie wahrscheinlich das Schlimmste aus beiden Welten.

Die Experimente beschränkten sich auf ferngesteuerte Prototypen, um das Prinzip vor der Entwicklung bemannter Flugzeuge zu beweisen (ihr Konstrukteur war verzweifelt über den Verlust von Menschenleben durch einige frühere Erfindungen). Anscheinend stoppten damals Geldprobleme und Politik die weitere Entwicklung in Großbritannien, obwohl diese Seite darauf hindeutet, dass die Nasa die Idee studiert und einige Schwierigkeiten gefunden hat, einschließlich unerwarteter Widerstände. Ob diese Schwierigkeiten jetzt gelöst werden könnten ... keine Ahnung. Ich bin kein Experte, nur ein Beobachter, also wäre ich daran interessiert, mehr über diese Ideen zu hören.

Schade, die Schwalbe ( Quelle hier ) wäre eine gut aussehende Maschine gewesen.

Quellen: Leben von Barnes Wallis