Warum hat die Flügelwurzel des A330 eine ausgeprägte Verdrehung?

Kurze Antwort:

Um einen Trichter für die gesamte zum Rumpf strömende Luft zu schaffen.

Etwas längere Antwort:

Luft, die sich einem Pfeilflügel nähert, wird in Richtung des Bereichs mit dem niedrigsten Druck beschleunigt und daher in Richtung Flügelmitte gesaugt. Das Zentrum selbst zeigt eine deutlich andere Druckverteilung über die Sehne als die zweidimensionale Strömung über das gleiche Schaufelblatt, da hier die Beschleunigung viel geringer ist, während die Verzögerungslänge am Ende des Schaufelblatts komprimiert ist. Wenn der Pfeilflügel keine Verwindung und das gleiche Profil über die Spannweite hat, ergibt sich ein Strömungsmuster ähnlich dem unten abgebildeten:

Die blauen Linien auf der Flügeloberfläche sind Linien gleichen Drucks (Isobaren) und bezeichnen in den Diagrammen den Druckkoeffizienten auf der Oberseite des Flügelabschnitts. Die roten Linien zeigen den Druckkoeffizienten auf der unteren Seite.

Um den erreichbaren Auftrieb bei Überschallgeschwindigkeit zu maximieren, ist es wünschenswert, diesen Flügel so zu modifizieren, dass die Isobaren über die gesamte Spannweite entlang Linien mit gleichem Sehnenprozentsatz verlaufen. Um dies zu erreichen, müssen mehrere Tricks kombiniert werden:

• Machen Sie das Wurzelprofil vorne dicker und hinten dünner.
• Gehen Sie beim Spitzenprofil umgekehrt vor: Es muss vorne dünner und hinten dicker gemacht werden.
• Verwenden Sie negativen Sturz an der Flügelwurzel.
• Um den viel höheren Nullauftriebs-Anstellwinkel des modifizierten Wurzelschaufelblatts zu kompensieren, erhöhen Sie dessen Anstellwinkel.

Der letzte Schritt verursacht den Knick in der Hinterkante. Dieser Effekt wird natürlich verstärkt, wenn die Flügelsehne in der Mitte erhöht wird. Beim A330 und A340 ändert sich die Inzidenz von +4,5° an der Wurzel auf 0° zwischen 30 % und 70 % Spanne und -2° an der Spitze, wenn sie am Boden sind, und -2° bei 70 % Spanne und -5 ° an der Spitze im Flug.

Dank @ymb1, der ein sehr anschauliches Bild des A330 gefunden hat (siehe unten, Quelle ), wird die Wurzeldrehung offensichtlich: Das Wurzeltragflächenprofil hat sichtbar viel weniger Vorwärtswölbung (eigentlich negative Wölbung) und folglich einen höheren Nullauftriebswinkel . Um einen ähnlichen Auftriebskoeffizienten zu erzeugen, benötigt der Mittelflügel einen höheren Anstellwinkel, um diese Änderung der Tragflächenform zu kompensieren.

Ein weiterer Fund von @ymb1 ist dieses Bild von Airbus-Wurzelprofilen ( Quelle). Die dicke Nase ist leicht zu erkennen; es ist notwendig, den Sogbereich an der gepfeilten Flügelwurzel nach vorne zu verschieben, damit die Druckverteilung derjenigen des Tragflügels in Spannweitenmitte ähnlicher wird. Während die Oberseite eine lange gerade Strecke hat, ist die Unterseite abgerundet, was in Kombination eine negative Wölbung erzeugt. Der abgerundete Boden trägt dazu bei, die relative Dicke zu maximieren. Da die Sehne am Mittelflügel erhöht wird, kann der lokale Auftriebsbeiwert kleiner sein als am Mittel- und Außenflügel und dennoch die gleiche Zirkulation für einen geringen induzierten Widerstand tragen. Was an Auftrieb eingespart wird, wird für strukturelle Effizienz und zum Verstauen des Fahrwerks an Dicke hinzugefügt. Das Fehlen einer Heckbelastung (= hohe lokale Wölbung im hinteren Flügelabschnitt) hilft, das erforderliche Volumen für die Fahrwerksschächte zu gewinnen.

Hier ist noch einer, diesmal ein English Electric Lightning F.1. Die Reflexionen an der Eintrittskante zeigen schön, wie es an der Wurzel mit viel Nose Camber nach unten gezogen wird. Da es sich um ein Design aus den frühen fünfziger Jahren handelt, wird diese Nasenwölbung verwendet, um dem Flügel ein besseres Strömungsabrissverhalten zu verleihen, und die Isobarenformung wurde noch nicht praktiziert. Beachten Sie, dass die lokale Inzidenz an der Wurzel nicht erhöht wurde.

EE Lightning F.1, Imperial War Museum, Duxford (editiert), CC BY-SA 2.0 (Bild von Roland Turner aus Birmingham, Großbritannien; Quelle )