Warum hat das Höhenleitwerk der DC-10 eine so ausgeprägte V-Form?

Im Allgemeinen gibt es mehrere Gründe dafür, dass der horizontale Stabilisator eine Dieder / Anhedral hat.

• Um das Heck vom Downwash/Propwash zu befreien. Ein gutes Beispiel ist die Cessna 425 , die aus der Cessna 421 entwickelt wurde . Der 421 hatte ein gerades Höhenleitwerk. Durch die Hinzufügung von Dieder wird das Heck jedoch aus dem Propwash herausgehalten, was die Fahrqualität verbessert. Aus einem Bericht , der Cessna-Ingenieure zitiert :

Die Cessna-Ingenieure sagen, dass die V-Form die holländischen Rolleigenschaften verbessert und einen Großteil des Hecks aus der Propellerwäsche entfernt, wodurch eine ruhigere Fahrt ermöglicht wird.

Der Dassault Falcon 50 hatte eine Anhedrale, um das Heck vom Abwind des Flügels zu befreien. Ein weiteres gutes Beispiel dafür ist die F-4 Phantom. Die Prototypen hatten ein gerades Heck. Das anhedrische Heck wurde jedoch übernommen, um es bei hohen Anstellwinkeln von der gestörten Luft des Flügels fernzuhalten und es gleichzeitig vom Motorabgas fernzuhalten.

Die Anhedrale in BAE Hawk erklärt sich aus demselben Grund. Aus der Hawk-Story :

Dieses Modell gab die ersten Hinweise auf Hochgeschwindigkeitsprobleme aufgrund von Interferenzen zwischen dem hohen Einlass und dem niedrigen Flügel sowie der Position des Hecks.

Dies führte zur Annahme eines niedrigen Einlasses, ... . Der hintere Rumpf wurde nach unten gewölbt, um das Leitwerk nach unten zu bringen, und das Höhenleitwerk erhielt für den gleichen Zweck eine ausgeprägte Anhedrale.

• Stabilität - Die Dieder/Anhedrale in den Stabilisatoren beeinflusst die Stabilität des Flugzeugs. Kurz gesagt, für ein herkömmliches Heck verbessert ein Anhedral die Gierstabilität des Flugzeugs, während es die Nickstabilität (leicht) verringert, während eine V-Form den Beitrag des Hecks sowohl zur Nick- als auch zur Gierstabilität verringert.

  Die Verwendung von Dieder im Höhenleitwerk beeinflusst jedoch die statische Rollstabilität in gleicher Weise wie die Verwendung von Dieder im Flügel. Die Dieder beeinflussen die Rollreaktion auf die gleiche Weise wie die des Flügels - sie bewirkt, dass der Auftrieb auf der rechten und linken Halbspanne unterschiedlich auf den Abwind reagiert.

  Ein gutes Beispiel dafür ist der Vickers Viscount , der ein V-förmiges Höhenleitwerk hatte, das seine Stabilität verbesserte.

  Aus diesem Grund ist es für den Designer besser, dem horizontalen Leitwerk anstelle des Flügels eine V-Form hinzuzufügen, insbesondere wenn in späteren Phasen des Designs Probleme auftreten, da die Auswirkungen geringer sind.

Aus Roskams Aircraft Design Vol III, Kapitel 5.1:

Die gesamte seitliche Stabilität wird normalerweise von der in den Flügel eingebauten inhärenten seitlichen Stabilität dominiert. Flügelpfeilung, Flächenwinkel und (Flügel-)Lage am Rumpf dominieren die Größe und das Vorzeichen der Stabilitätsableitung. Da der Flügel nach Leistungs- und Betriebsüberlegungen konstruiert ist, wird das Leitwerk häufig zur Feinabstimmung der seitlichen Stabilität des Flugzeugs verwendet . Beispiele sind der F-4 und der AV-8B.

Es sollte beachtet werden, dass die V-Form des horizontalen Stabilisators wie bei jeder anderen Konstruktionsüberlegung von den getroffenen Konstruktionsentscheidungen und den erforderlichen Leistungsmerkmalen abhängt; infolgedessen ändert sich die erforderliche Konfiguration von Flugzeug zu Flugzeug.

Im Fall von DC-10 scheint der Hauptgrund darin zu liegen, den Stabilisator aus dem Flügeleinfluss herauszuhalten, insbesondere wenn hohe Klappeneinstellungen verwendet werden. Die ausgeprägtere V-Form (im Vergleich zu beispielsweise Boeing 737) scheint verwendet zu werden, da der Stabilisator aufgrund des Vorhandenseins des Motors im Heck niedriger montiert ist.

Die meisten Verkehrsflugzeuge mit niedrigen horizontalen Leitwerksflächen haben aus zwei Gründen eine V-Form:

1. Um die horizontale Fläche über die Flügelnachlauflinie zu heben.
2. Um das geschwungene Heck über den Boden zu heben, damit es bei einem Heckschlag nicht beschädigt wird . Beachten Sie, dass das Heck in der Heckauftrefflage ungefähr horizontal ist, um genügend Freiraum für eine vollständige Höhenruderauslenkung nach unten zu haben.

Boeing 747-400 Tailstrike ( Bildquelle )

Bei ausreichendem Anstellwinkel berührt eine geschwungene, nicht verzweigte Leitwerksfläche zuerst den Boden mit den Spitzen ( Bildquelle )

Bei einem T-Tail gibt es beide Gründe nicht, daher sind T-Tails in den meisten Fällen gerade. Eine bemerkenswerte Ausnahme wäre der Handley-Page Victor , bei dem spät im Designprozess eine auffällige V-Form hinzugefügt wurde, um die projizierte Seitenfläche des Heckabschnitts zu vergrößern. Vielen Dank an @ymb1 für das Finden dieses Artikels , der eine detaillierte Beschreibung des Victor enthält.

Der vertikale Bereich ist anfangs immer zu klein, sehen Sie nur das Schwanzwachstum im BAC Lightning. Interessanterweise heißt es in dem Artikel, dass die Vertikale des Victor nach dem Flugtest verkürzt wurde. Dies ist ein äußerst seltenes Ereignis.

Handley-Page Victor ( Bildquelle )

Das horizontale Leitwerk hat in fast allen niedrigen Leitwerksanordnungen eine ausgeprägte V-Form. Zwei Hauptfaktoren sind:

• Herausheben des Leitwerks aus dem Strahlaustrittsbereich. Die Platzierung der Stabilisatorwurzel ist strukturell optimal, wenn in Rumpfmitte eine V-Form die Oberfläche dann aus dem Ausflussstrom herausheben kann. Wenn der hintere Rumpfkegel bereits angehoben ist, wird weniger Höhenleitwerk benötigt.
• Reduzierung plötzlicher Nachlaufeffekte des Hauptflügels: Bei einer ausgeprägten V-Form ragt immer ein Teil des Höhenleitwerks in eine weniger betroffene Stromlinie.

Beachten Sie, dass ein stabilisierendes Rollmoment von der V-Form des Leitwerks durch den Rumpf übertragen werden müsste: Die Drehmomentdifferenz zwischen Hauptflügel und Leitwerk möchte den Rumpf wie einen nassen Lappen verdrehen. Nicht sehr folgenreich für strukturelle Belastungen, aber die Nachgiebigkeit kann zu Schwierigkeiten mit der Flugsteuerungskabelführung führen. Großraumflugzeuge sind davon am wenigsten betroffen.