Warum hat An-225 anhedrische Flügel, obwohl es ein Frachtflugzeug ist?

Anhedrische Flügel führen zu einer Rollinstabilität und verbessern die Rollmanövrierfähigkeit.

In einem großen/schweren Flugzeug mit einer Hochdeckerkonfiguration gibt es normalerweise eine übermäßige Rollstabilität, sodass diese Art von Flügeln ziemlich häufig vorkommen kann.

Sowohl die hohe Flügelkonfiguration als auch die Flügelpfeilung tragen zu einem negativen durch Seitenschlupf induzierten Rollmoment bei, und ein Anhedral ist notwendig, um dieses Moment zu begrenzen. Wenn Seitenschlupf starkes Rollen verursacht, neigt das Flugzeug zum Holländerrollen .

Ja, das ist bei Schwertransportern üblich.

Wie Sie wahrscheinlich wissen, sorgt eine zweiflügelige Flügelkonfiguration für Rollstabilität. Wenn Sie das Flugzeug rollen, rollt es natürlich wieder in die Waagerechte. Ein Massenschwerpunkt deutlich unterhalb des Auftriebszentrums liefert den gleichen Effekt. Legen Sie viel Gewicht unterhalb des Auftriebszentrums ab, und Sie werden wieder den Roll-Back-Effekt bekommen.

Das ist zwar raffiniert, aber Sie können zu viel davon bekommen. Zu viel Stabilität macht das Flugzeug sehr schwer zu drehen oder anderweitig zu kontrollieren. Sie können auch eine Art aerodynamischen Pendeleffekt erzielen, der als "Holländische Rolle" bezeichnet wird, da die Aktion "Zurückrollen" überkorrigiert und ein Zurückschwingen in die andere Richtung und ein Hin- und Herschwingen mit einer überraschenden Kombination aus Gieren und Rollen verursacht wirksam bei der Verursachung von Luftkrankheit. Das Anbringen eines Anhedrialwinkels am Flügel wirkt dem durch die Gewichtsverteilung verursachten Problem der "zu großen Stabilität" entgegen, wodurch das Flugzeug wieder leichter zu kontrollieren ist und unerwünschte Schwingungen reduziert werden.

Warum nicht einfach die Flügel niedriger machen? Das könnte das Stabilitätsproblem lösen, würde aber auch andere Probleme schaffen. Wie niedrig müssten die Flügel sein? Würde dieses Design die Sicherheit für den Bodenbetrieb oder unbefestigte Start- und Landebahnen beeinträchtigen? Und was ist mit Fracht – wie gut schneidet Ihr neues Design in leeren und beladenen Konfigurationen ab? Wie hoch müsste das Fahrwerk sein, um ein solches Design sicher zu machen ... und wie wirkt sich das auf das Be- und Entladen aus?

Einige Flugzeuge, sogar der komisch große Airbus A300-600 Super Transport „Beluga“, entscheiden sich für die Tiefdeckerlösung, die unweigerlich zu einer V-Form führt.

^{Airbus A300-600ST – Bildrechte: Airbus}

Aber in bestimmten Fällen hat sich der Hochflügel plus ausgeprägtes Anedrial-Design für einige schwere Frachttransportdesigns durchgesetzt und ist besonders beliebt beim Militär, wo sie möglicherweise auf unbefestigten Landebahnen operieren müssen und die Flügel vom Boden abheben müssen , und wo ein kurzes Fahrwerk wünschenswert ist.

^{CG Galaxy beim Start – Bildnachweis: USAF}

Die Anhedrale ist auf dem oberen Foto ziemlich übertrieben.

Wenn Sie nach Bildern des Mriya im Flug suchen, sind die Flügel mehr oder weniger eben. Am Boden, vollgetankt, sind die Flügel mit jeweils 3 Triebwerken schwer und werden sich sehr deutlich nach unten biegen. Die B-52 hat ein ähnliches Problem, bis zu dem Punkt, an dem sie Stützräder am Ende der Flügel hat, um sie davon abzuhalten, den Bürgersteig zu kratzen.

Sowohl die hohe Flügelposition als auch der Sweepback erhöhen die Rollstabilität. Zu viel Rollstabilität verringert nicht nur die Manövrierfähigkeit, sondern führt wahrscheinlich zu Dutch Roll, daher wird zum Ausgleich eine Anhedrale hinzugefügt.

Flugzeuge mit hohen, aber nicht gepfeilten Flügeln haben im Allgemeinen weder Aneder noch Dieder.

Bearbeiten: Hier ist eine Diskussion über Stabilität, Dieder und Dutch Roll , wenn auch im Zusammenhang mit RC-Segelflugzeugen.

Es ist nicht ungewöhnlich, dass ein spezielles Frachtflugzeugdesign ein hoch montiertes Flügeldesign hat. Dadurch kann der Rumpf des Flugzeugs tiefer auf dem Asphalt sitzen, während die Bodenfreiheit für die Triebwerke und Flügelspitzen erhalten bleibt.

Es erleichtert auch das Öffnen der Frachttür im Flug, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen, da die Hauptstärke des Rumpfes von der Wirbelsäule in der Oberseite herrührt, wo die Flügel und das Leitwerk befestigt sind.

Wenn man sich die Liste der Militärtransportflugzeuge ansieht , verwenden die meisten das gleiche Flügeldesign. Die einzigen Ausnahmen sind solche, die auf einem zivilen Flugzeug basieren.

Der Flügel ist so lang, dass er sich deutlich verbiegt, wenn Auftriebskräfte aufgebracht werden. Daher ist ein anfänglicher Anhedralwinkel vorhanden, um einen Teil dieser Biegung zu korrigieren, da ohne ihn die resultierende Dieder in Situationen mit hohem Auftrieb übermäßig wäre und einen Mangel an Rollkontrolle verursachen würde.

Ein Grund für die Verwendung eines anhedrischen Flügels bei Frachtflugzeugen ist, dass sich die Flügel bei Geschwindigkeit anheben und gerade ausfahren. Wenn Sie sich die B-52 ansehen, sind die Flügel so lang, dass die Flügel, obwohl sie am Boden die Ausleger benötigen, während des Fluges aufflackern.

Es ist interessant, dass einige der leichtesten Flugzeuge der Welt – Hängegleiter mit flexiblen Flügeln und angetriebene „Trikes“ – eine ähnliche anhedrische Konfiguration wie die massive An-225 haben. Der Grund im Fall des Hängegleiters besteht darin, eine gute Rollreaktion selbst bei Vorhandensein von Seitenschlupf aufgrund von ungünstigem Gieren aufrechtzuerhalten. Das heißt, die gesamte "effektive Dieder" des Flügels - das durch Seitenschlupf erzeugte Rolldrehmoment - in dem Teil der Flughülle, in dem das Handling am kritischsten ist, nahe Null zu halten, trotz der Tatsache, dass die Geometrie des Pfeilflügels oder des Deltaflügels dazu beiträgt ein V-förmiges Rolldrehmoment bei Vorhandensein von Seitenschlupf.

In einem modernen Hängegleiter hängt der Pilot frei an einem Riemen, der in der Nähe des Schwerpunkts befestigt ist, so dass, wenn er keine Kraft mit seinen Muskeln ausübt, sein Gewicht effektiv auf den Schwerpunkt einwirkt, sodass weder der "Pendeleffekt" (CG gut unterhalb des Widerstandszentrums des Flügels) noch die aerodynamische Störung zwischen Rumpf und Flügel (siehe https://www.av8n.com/how/htm/roll.html#sec-other-slip-roll ), die zur Verschiebung des " effektive Dieder" in der positiven Richtung in einem Hochdecker wie der An 225.

Bei einem modernen Frachtjet kann ein nachteiliges Gieren auf andere Weise gut kontrolliert werden, aber zu viel "effektives Dieder" (Schlupf-Roll-Kopplung) aufgrund von Sweep, niedrigem Schwerpunkt und hoher Flügelplatzierung kann bei starkem Seitenwind immer noch zu unangenehmem Handling führen könnte zu Dutch-Roll-Oszillationen beitragen. Es könnte auch nachteilige Folgen haben, wenn der Pilot nicht verhindert, dass das Flugzeug bei einem Leistungsverlust von einem oder mehreren Triebwerken seitlich zum Luftstrom giert. (Siehe den zugehörigen Kommentar in dieser Antwort auf eine andere Frage – https://aviation.stackexchange.com/a/56481/34686 )

Wenn man über die Rollstabilität nachdenkt, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Schlupf-Roll-Kopplung – dh eine positive „effektive Dieder“ – ein Schlüsselelement der Rollstabilität ist und der Grund dafür ist, dass ein Hochdecker tendenziell stabiler ist ( oder weniger instabil), in Bezug auf Rollstabilität oder Spiralstabilität, als ein Tiefdecker, der mit genau der gleichen physikalischen Flügelform einschließlich des Diederwinkels konstruiert ist. Der Hochdecker lässt sich auch leichter durch Steilkurven manövrieren, wenn das Seitenruder allein über eine Schlupf-Roll-Kupplung verwendet wird. (Eine unterhaltsame Übung zum Ausprobieren – fragen Sie sich: „Könnte ich dieses Flugzeug landen, wenn das Steuerhorn abfällt?) Aber das Flugzeug mit dem Hochdecker ist bei starkem böigem Seitenwind weniger angenehm zu handhaben und leidet eher unter einer Rollratenstrafe wenn der Pilot es tut

Wenn ich mich nicht irre, besagen frühere Antworten, dass ein hoher Massenschwerpunkt das Flugzeug destabilisiert, was durch das anhedrische Design der Flügel umgangen werden kann.

In einer solchen Situation muss daran erinnert werden, dass die An-225 entworfen wurde, um das russische Space Shuttle Buran zu tragen!