Warum gibt es keine Lifting-Canard-Flugzeuge?

Ein Hub-Canard- Flugzeug wie die Long-EZ ist ein Flugzeug mit dem Hauptflügel am hinteren Ende des Rumpfes und zwei kleinen, hochbeladenen Canards, die am vorderen Rumpf befestigt sind. Die Canards fliegen in einem höheren Anstellwinkel als der Hauptflügel und bieten daher zusätzlich zur Nickkontrolle einen erheblichen Auftrieb. 1

Während eines scharfen Nickens in einem Flugzeug mit anhebendem Canard bleiben die Canards, die sich in einem höheren Anstellwinkel als der Hauptflügel befinden, zuerst stehen, wodurch das Flugzeug automatisch nach unten neigt, bevor der Flügel jemals stehen bleibt. Da der Flügel mit den darauf befindlichen Querrudern durchgehend nicht abgewürgt bleibt, bleibt die Rollkontrolle erhalten, ohne das heftige Rollen, das einem abgewürgten Flugzeug mit Steuerheck zu eigen ist. 2 Wenn die Canards ins Stocken geraten , geht die Pitch-Steuerung verloren, bis sie wieder aus dem Stall kommen, aber in diesem Fall brauchen Sie keine Pitch-Steuerung, da das Flugzeug sich ganz von selbst nach unten neigt und erholt, ohne dass manuelle Steuereingaben erforderlich sind. 3Dies hat tatsächlich den Vorteil, dass Canard-Flugzeuge (für den Hauptflügel sowieso) praktisch nicht blockiert werden können, ohne dass große Teile der Flugzeugzelle getrennt werden können. Da die Oberfläche, die den größten Teil des Auftriebs des Flugzeugs bereitstellt, niemals zum Stillstand kommt, ist der Gesamtverlust des Auftriebs beim Abwürgen der Canards ziemlich gering, und die Flugeigenschaften des Flugzeugs bleiben durchweg gutartig.

Im Gegensatz dazu hängt ein Flugzeug mit Steuerheck normalerweise auch nach unten, wenn die Hauptflügel stehen bleiben, dies hängt jedoch von der Trimmeinstellung des Stabilisators ab, und wenn sich der Schwerpunkt nahe der vorderen Grenze befindet (was eine beträchtliche Trimmung des Stabilisators nach oben erfordert). , kann das Flugzeug tatsächlich in einen Stall geraten . Wenn das Flugzeug nach unten neigt , tut es dies auch ziemlich heftig, da der Großteil des Auftriebs des Flugzeugs plötzlich verloren geht, und mit großen, heftigen, weitgehend unkontrollierbaren Rollschwingungen (da sich die Querruder am Hauptflügel befinden). ins Stocken geraten). Und da die für die Pitch-Steuerung verwendeten Flächen noch nicht abgewürgt sind, bleibt die Pitch-Steuerung erhalten, wodurch es den Piloten ermöglicht wird, das Flugzeug im Stall zu halten .

Warum sehen wir angesichts der erheblichen Sicherheitsvorteile der Lifting-Canard-Konfiguration keine Lifting-Canard-Flugzeuge?

1 : Im Gegensatz zu einem Control-Canard- Flugzeug wie dem Flyer , bei dem die Canards mit einem Anstellwinkel von nominell Null fliegen, werden sie nur zur Pitch-Steuerung verwendet und machen diese Flugzeuge zu absoluten Bestien, um zu fliegen, ohne dass ein Computer eine konstante Kontrolle ausübt Eingänge.

2 : Flugzeuge mit einem am Heck montierten horizontalen Stabilisator und Höhenruder, die (nominell) mit einem geringeren Anstellwinkel fliegen als die Hauptflügel. Beispiele sind die meisten Flugzeuge aller Zeiten.

3 : Im Gegensatz dazu neigen sich Control-Canard-Flugzeuge beim Abwürgen heftig nach oben (weil der Hauptflügel, der sich in einem höheren Anstellwinkel als die Canards befindet, zuerst abwürgt) und erfordern daher aggressive Steuereingaben mit der Nase nach unten, um sich vorher zu erholen Die Canards bleiben ebenfalls stehen und die Tonhöhenkontrolle geht effektiv verloren. Hubheckflugzeuge (mit einem am Heck montierten horizontalen Stabilisator und einem Höhenruder, die in einem höheren Anstellwinkel als die Hauptflügel fliegen) neigen sich aus demselben Grund ebenfalls, außer dass dies lange vor dem Abwürgen der Hauptflügel geschieht und gekoppelt ist mit einem gleichzeitigen, nahezu vollständigen Verlust der Nickkontrolle, wenn das horizontale Heck blockiert (wodurch Stalls für Flugzeuge mit Hubheck, die nur die üblichen aerodynamischen Oberflächen zur Steuerung verwenden, vollständig nicht wiederherstellbar sind).

Ich wünschte, ich könnte das belegen, aber ich denke, die Leute denken, ein Verkehrsflugzeug sollte „in einer bestimmten Weise aussehen“, und das beeinflusst das Design. Es erinnert mich an den Dokumentarfilm „Battle of the X-Planes“ ( youtube.com/watch?v=Y_WPLeDmU6o ), in dem die Boeing so anders aussah als ein „normaler Kampfjet“, obwohl der Dokumentarfilm es geschafft hat klingt, als ob das Design von Boeings Flugzeug überlegen war, gewann das "klassischere Kampfjet-aussehende" F22/35-Design. Flugzeuge mit Canards sehen für zufällige Beobachter einfach "komisch" aus. (siehe auch de.wikipedia.org/wiki/Piaggio_P.180_Avanti )
Verwandte (und behebt ein Missverständnis): Wie funktioniert ein Flugzeugleitwerk?

Antworten (3)

Sean, ich habe keine Ahnung, woher Sie die Idee haben, dass sich das horizontale Leitwerk eines herkömmlichen Flugzeugs wie eine Canard-Oberfläche, aber am gegenüberliegenden Ende, anhebt und daher abwürgen und die Nase steigen lassen kann. Es ist genau rückwärts.

Das Heck hebt sich ab. Wenn das Flugzeug ins Stocken gerät, verschiebt sich das Auftriebszentrum des Hauptflügels scharf nach hinten, wodurch ein starkes Kippmoment mit der Nase nach unten entsteht, dem das horizontale Heck nicht entgegenwirken kann, bis das Flugzeug beschleunigt und die Nase abfällt. Wenn die nach unten hebende Leitwerksfläche selbst zum Stillstand kommt, ist dies eine katastrophale Situation und für jedes Flugzeug anormal.

Canards sind im Allgemeinen scheiße, weil sie eine Menge Einschränkungen haben, die die meisten der theoretischen Vorteile zunichte machen, und deshalb waren sie kommerzielle Misserfolge. Sonst sieht man viele.

Ein horizontales Heck erzeugt nur dann Abtrieb, wenn der Massenschwerpunkt des Flugzeugs vor dem Auftriebszentrum der Hauptflügel liegt. Bei einem hinteren Schwerpunkt hebt sich das Heck an .
Das ist WAAYYYY jenseits der hinteren C von G-Grenze, wobei diese Grenze mindestens 5-10% der Sehne vor der vordersten Mitte der Auftriebsposition liegt. Du kannst die Wippe nicht beladen, also will sie in die falsche Richtung kippen. Ein so beladenes Flugzeug wird abstürzen, wie der 747-Frachter, der mit der verschobenen Ladung von Kabul abhebt. Sie müssen etwas darüber recherchieren, wie Flugzeuge fliegen, mein Freund.
Ich möchte konstruktiv 3 Lösungen hinzufügen (von 737 inspiriert), die helfen, wenn Ihr H-Stab- / Höhenruder- / Trimmsystem nicht genügend Auftrieb erzeugt, um "die 747" oder "737 zu retten": 1. Machen Sie es größer. 2. Verlängern Sie die Sicherung. 3. Mach beides. IMHO ist eine große, sich schnell bewegende Trimmung wahrscheinlich die schlechteste Lösung für den Max 8. Ich würde eine sehr langsame oder manuelle Einstellung der Hstab-Trimmung vorschlagen. Eine kleinere Trimmklappe für eine konstante schnelle Trimmkontrolle während des Fluges (Computer sind gut darin), die leicht manuell mit dem Höhenruder übersteuert werden kann, könnte zusammen mit der überlegenen passiven Nickstabilität eines größeren Hstab sicherer sein.
Und übrigens, Triebwerksschublinie ist auch wichtig für einen langsamen Flug "sichern". Unglücklicherweise trugen untergetauchte Motoren mit einem Pitch-up-Moment zu den nach hinten geladenen Problemen der 747 bei. Ich sage nicht, dass es hätte gerettet werden können, aber das Sounddesign verbessert die Chancen.
@Sean Hier ist eine einfache Beschreibung, wie es funktioniert: learntoflyblog.com/2016/06/27/… .
@RobertDiGiovanni Ich verstehe, dass die Schublinie nicht niedriger ist, aber dass der Schubbetrag höher ist und die Triebwerke weiter vorne und nur dicker sind, was mich zu der Vermutung veranlasst, dass durch den erzeugten Auftrieb ein erhöhtes Aufwärtsmoment verursacht wird von die Gondeln selbst bei hoher AOA.
@John K, das scheint das vorherrschende Denken zu sein und warum ich auf Canards harfe. Ich bete, dass Boeing das hinbekommt und solide technische Grundlagen predigt. Das Bauen von Freiflugmodellen und das bewusste Weglassen von Steuerflächen, nur der Versuch, den Hstab-Winkel richtig zu dimensionieren und einzustellen, hat mich viel gelehrt. Zurück zum Wesentlichen!

Ein guter Grund ist, dass Verkehrsflugzeuge Hauptflügel mit Klappen in Hülle und Fülle haben, die nach unten fallen, um den Auftriebskoeffizienten bei langsamen Geschwindigkeiten zu erhöhen. Dadurch wird auch das Nose-Down-Pitch-Moment stark erhöht, dem nun der bereits hochbelastete Canard entgegenwirken muss. Der Canard-Stall wird dann zum begrenzenden Faktor für die Annäherungsgeschwindigkeit. Sie müssen entweder einen weniger belasteten Canard haben (da geht Ihre natürliche Stabilität) oder Klappen darauf oder einen anderen aerodynamischen Kniff.

Kein Geringerer als der große Clarance Kelly Johnson hatte in den 1930er Jahren ähnliche Gedanken, bevor Tests die Vorteile von Heckstabilisatoren bestätigten.

Die Achillesferse von Canard-Designs war, dass, sobald sich der relative Wind bei hoher AoA unter das Flugzeug verlagerte, die untere Oberfläche des Canards als Hebel fungierte, um die Nase noch weiter nach oben zu drücken. Der US Army Air Force Ascender benötigte zusätzlichen Bereich hinter dem CG, um dieser Tendenz entgegenzuwirken. Zweitens macht ein beladener Canard das Flugzeug im Wesentlichen zu einem weniger effizienten Doppeldecker.

Lassen Sie uns auch einen sehr wichtigen grundlegenden Aspekt des nach vorne gesetzten Schwerpunkts und des Abtriebs auf das Heckdesign klären. Wenn das Flugzeug an Geschwindigkeit verliert, neigt der vordere CG die Nase nach UNTEN. Wenn das Flugzeug an Geschwindigkeit gewinnt (zunehmende aerodynamische Kräfte), neigt die Höhenrudertrimmung die Nase nach OBEN.

Beachten Sie, dass bei einem richtig konstruierten, hinten montierten horizontalen Stabilisator (ebenfalls bestätigt durch rund 150 Millionen Jahre Vogelentwicklung) der vordere Flügel auch zuerst ins Stocken gerät. Es würde uns gut tun, das Design des horizontalen Stabilisator-/Höhenruder-/Trimmsystems zu überprüfen.

Zunächst eine Überprüfung der Heckkraft, die bei verschiedenen AOA erstellt wurde. Ja, bei niedrigerem AOA erzeugt das Heck eine Abwärtskraft, um die Auftriebskraft des Hauptflügels und den Schwerpunkt auszugleichen. Was passiert bei einem höheren AOA (auch ohne Änderung der Trimmung oder Höhenrudereingabe)?. Die Heckkraft eines richtig konstruierten horizontalen Stabilisators mit ANGEMESSENEM BEREICH sollte damit beginnen, eine AUFWÄRTS-Kraft zu erzeugen, BEVOR das Flugzeug abgewürgt wird, um die Vorwärtsverschiebung des Flügelzentrums des Auftriebs zu kompensieren und dabei zu helfen, die Nase nach unten zu drücken. Steuereingaben helfen natürlich dabei, übermäßige sollten unnötig sein.

Beachten Sie, dass das Canard-Design nichts anderes als ein winziger Flügel und ein riesiger Schwanz ist. Aus diesem Grund passen Deltas (viel Heckbereich, Stall bei höherem AOA) so gut zum hinteren Ende mit Canards vorne, was auch ein erfolgreiches Überschalldesign ergibt.

Aber im treibstoffeffizienten Bereich mit hohem Unterschalldruck werden Flugzeuge wahrscheinlich für eine Weile "gleich" aussehen, genau wie Vögel. Aber es kann gut sein, weiter an diesem Schwanz zu arbeiten.

Vorletzter Absatz ist ein Problem Robert. Der "Riesenschwanz" der Ente hebt sich. Eines der größten Probleme mit Canards besteht darin, dass der Canard-Flügel ein benutzerdefiniertes Tragflächenprofil mit einer Auftriebsneigung haben muss, die steiler als der Hauptflügel ist, damit er sich mit aufrichtet, um ein gutes Nickverhalten bei Geschwindigkeitsänderungen zu erzielen und eine gute positive Stick-Free-Stabilität zu erzielen Geschwindigkeit ohne Steuereingang. Rutan ging es mit dem Tragflächenprofil der U of Glasgow an, das hässliche Probleme mit der Regenempfindlichkeit hatte. Bauherren mussten VGs auf ihre Canards setzen, um das Spielfeld bei Regen zu stoppen. Später wurde ein neues Profil entwickelt, das sie nicht benötigte.
Die Lösung ist, wo der CG eingestellt ist. Wenn es weit genug hinter dem winzigen "Flügel" (unter Verwendung der Standardnomenklatur) ist, funktioniert es. Das Ergebnis ist, dass sich das Riesenleitwerk jetzt im Reiseflug "anheben" kann und seine enorme Größe dem Flugzeug ermöglicht, eine angemessene Richtungsstabilität beizubehalten. Das Design wird ein bisschen wie der XB-70 aussehen, der Mach 3 schafft, aber nicht an die Effizienz des Dreamliners heranreicht. Ja, die Heckaufzüge, aber die Canard-Auftriebskurve kann bei einem niedrigeren AOA beginnen und zuerst abwürgen (Canard mit geradem Flügel und Delta-Flügel achtern). Sehen Sie sich den Fokker-Dreidecker an! Sie kannten den langsamen Flug.
Werde mir das neue Canard-Profil anschauen, auch die Piaggio P.180 Avanti hat einen Canard UND ein Leitwerk. Seine Ente kann möglicherweise etwas Auftrieb aus der komprimierten Luft an der Nase herausholen.
Warum gibt es keine Lifting-Canard-Flugzeuge?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v