Warum Flügelrippen diagonale Streben haben

Die Diagonalstreben übertragen die Scherung am besten. Stellen Sie sich eine nach oben gerichtete Last an der Nase vor. Um diese Last auf den Rumpf übertragen zu können, muss sie zuerst auf den Flügelholm übertragen werden. Stellen Sie sich nun vor, Sie halten die Rippe dort, wo der Holm ist, mit der rechten Hand fest und drücken mit der linken Hand die Nase nach oben. Bei parallelen Streben hat die Rippe eine viel geringere Steifigkeit und die Nasenlast verformt die Rippe leicht. Mit den diagonalen Streben ist die Rippe viel steifer, wenn diese spezielle Nasenlast aufgebracht wird.

Dies ist nicht wirklich luftfahrtspezifisch, sondern nur gute bautechnische Praxis. Dreiecke in Strukturen sind stark, weil sie sich nicht biegen: Unabhängig davon, wie Sie die Last auf das Dreieck aufbringen, wirkt die Last entlang der Stäbe. Bei einem Rechteck biegt jede Last, die nicht perfekt auf die Struktur ausgerichtet ist, die Gelenke und drückt das Rechteck in eine Rautenform, die sich dann leicht flach drücken lässt. Sie möchten nirgendwo Rechtecke in Ihrer Struktur haben.

Es ist ein Fachwerk . Im Idealfall stehen alle Balkenelemente in einem Fachwerk entweder unter Zug oder unter Druck, ohne größere Biegebelastungen. Dies bietet das leichteste Gewicht für die gegebene Last.

Dasselbe Design ist häufig im Freien in Stahlbrücken, Baukränen und Raumfahrzeugen zu sehen. Dreiecke, aus denen ein Fachwerk besteht, können nicht gebogen werden, ohne die Länge der Elemente zu ändern. Wenn alle Streben vertikal wären, würde die Struktur aus Rechtecken bestehen, die sich durch Biegen der Gelenke leicht verformen lassen.

Es soll den Flügel steif und torsionsstark machen. Für die Torsionssteifigkeit möchten Sie zwei Dinge. In erster Linie möchten Sie so viel Material wie möglich auf der äußersten Faser haben. Je weiter das Material von der neutralen Achse entfernt ist, desto mehr trägt es aufgrund des Momentarms von der neutralen Achse zur Torsionssteifigkeit bei.

Zweitens soll der Querschnitt unverformt bleiben. Betrachten Sie zum Beispiel eine Streichholzschachtel, die theoretisch sehr torsionssteif ist. Wenn die Kräfte jedoch nicht genau richtig in die Streichholzschachtel eintreten, verformen sich die offenen Enden zu einer Rautenform und verdrehen sich leicht. Dieses Scheren in eine Rautenform kann verhindert werden, indem Leitbleche in die Streichholzschachtel eingesetzt werden.

Dies ist in der Tat der Grund, warum Flügel Rippen haben: Damit die Flügel ihren Querschnitt beibehalten, indem sie Scherlasten aufgrund von Torsion von und auf die obere und untere Haut des Schaufelblatts übertragen. In Bezug auf die Steifigkeit wären dünne Platten ideal, aber diese neigen zum Knicken, sodass stattdessen eine Strebenstruktur verwendet wird. Querlasten lassen sich mit Streben am besten über Diagonalen ableiten.

Kurz gesagt: Die Diagonalstreben übertragen Schubkräfte, um die Torsionsfestigkeit und Steifigkeit des Flügels zu erhöhen.

Ein oberes Bild von Nummer 2 wäre vielleicht etwas besser gewesen, aber beachten Sie, dass die "kümmerlichen" Querstreben in beide Richtungen verlaufen, ähnlich wie in der Tragfläche eines alten Doppeldeckers. Ihre Funktion wäre es, zu verhindern, dass der Flügel infolge zu hoher Fluggeschwindigkeit nach hinten kollabiert. (Speichen in Felgen können auch mickrig erscheinen, aber die Felge kann nicht unrund werden, weil die Speichen, 90 Grad von der Last entfernt, nicht auseinander gezogen werden können).

Dies scheint eine sinnvolle zusätzliche Versicherung zu sein, aber nein, sie würden wahrscheinlich nicht zur Torsionssteifigkeit des Flügels beitragen.

In Bezug auf das Design der Rippen selbst ist 1, wie erwähnt, ein klassisches Fachwerk. 2 hat die Mitte der rechteckigen Rippe mit Metall ausgefüllt und den mittleren kreisförmigen Abschnitt und die Kanten als I-Träger zur Festigkeit hergestellt. 1 aus Holz, 2 aus geprägtem Metall.

Um einen torsionssteiferen Flügel herzustellen, sollten Sie erwägen, die Aluminiumhaut durch Sperrholz oder eine Art Verbundmaterial zu ersetzen. Andere wissen vielleicht, wie man es innerhalb des Flügels besser macht.