Warum hatte der F-104 Starfighter ein T-Leitwerk?

Der F-104 Starfighter wurde 1954, neun Jahre nach dem Zweiten Weltkrieg, vom Stapel gelassen. Es hatte kurze Stummelflügel und einen T-Schwanz. Laut Wiki verursachten die kurzen Stummelflügel eine Trägheitskopplung und das T-Leitwerk reduzierte diese.

Meine Frage ist: Ist das wirklich der Grund, warum der F-104 ein T-Leitwerk hatte? Wie hilft das, die Trägheitskopplung zu reduzieren?

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BEARBEITEN

@aeroalias answer hat viele der Gründe für den T-Tail. Hatte die Frage mit einigen zusätzlichen Informationen bearbeitet, wurde vorgeschlagen, diese stattdessen in eine Antwort aufzunehmen.

@mins danke dafür. Das Dokument erwähnt Since you do not need the maximum roll capability that the Starfighter has with full aileron deflection, the ailerons have been limited so that ample but not extreme rates of roll are available. The second preventive was the ventral fin with its increase in directional stability, especially at the higher Mach.keine Erwähnung des T-Schwanzes!
Angesichts der Ära könnte die Tatsache, dass es großartig aussieht, eine Rolle bei der Entscheidung gespielt haben :) Aber im Ernst, ein T-Leitwerk-Design wird normalerweise gewählt, um einen saubereren Luftstrom über das Höhenruder zu geben, wenn (es wird vermutet, dass) der Luftstrom kommt ab der Hinterkante des Flügels ist ziemlich turbulent.
@jwenting Ich stimme beiden Dingen zu: a) sieht gut aus (aber ich bin Italiener und daher voreingenommen) b) In Anbetracht der Tatsache, dass der Starfighter ein Boundary Layer Control System hatte, das, nehme ich an, ziemlich viele Turbulenzen hinter den Flügeln erzeugte, die T- Schwanz war wahrscheinlich die beste Wahl.
Es könnte an der Platzierung des Motors liegen, der Auspuff ist tot in der Mitte, es war schwieriger, ein herkömmliches Heck zu machen?

Antworten (3)

Die ersten vorläufigen Entwürfe hatten das horizontale Leitwerk an mehreren Stellen (einschließlich in einer Linie mit dem Flügel und in Kreuzform), bevor sie sich bis Dezember 1952 auf das T-Leitwerk festlegten. Der Grund für die Auswahl des T-Leitwerks wird von Glenn L. „Snake“ angegeben "Reaves, Lockheed Production Flight Test Pilot im F-104 Test Pilot Notebook as

Die hohe Leitwerksposition wurde ausgewählt ... nach umfangreichen Windkanaltests (die bewiesen haben, dass die Position notwendig war, um optimale Stabilität und Kontrolle über die Nickachse über den weiten Mach-Bereich zu erhalten. Die Position führt auch zu minimalen transsonischen Trimmänderungen beim Beschleunigen auf Überschall.

Ein weiterer Vorteil war, dass das hohe Heck an der gepfeilten vertikalen Flosse den Interferenzwiderstand verringerte. Während das Problem der Trägheitskopplung in den 1950er Jahren ziemlich bekannt war , wurde das Design des F-104 im gleichen Zeitraum eingefroren, sodass es schwierig ist, abschließend zu sagen, ob dies der Grund für das T-Leitwerk des F-104 ist.

Das Testpilot-Notebook enthält auch einige Erklärungen dazu, wie das T-Schwanz das Problem der Trägheitskopplung reduziert:

Betrachten wir nun zwei Fakten zu diesen Rollmanövern, wird deutlich, wie sich die Trägheitskopplung aufbaut:

  1. Der Seitenschlupfaufbau wird durch das induzierte Rollmoment gesteuert.

  2. Wenn sich ein Seitenschlupf aufbaut, nehmen die Zentrifugal- oder Rollkräfte zu und dies neigt dazu, den Flugzeugrumpf senkrecht zur Flugbahn zu verschieben.

Das T-Leitwerk steuert den Seitenschlupfaufbau, indem es ein Rollmoment einleitet. Aus demselben Dokument:

... die hohe Heckposition des Höhenleitwerks erhöhte den Druckmittelpunkt.

Heckposition und Druckmittelpunkt

Bild aus dem Notizbuch des F-104-Testpiloten

... immer wenn wir ein Flugzeug seitlich gleiten lassen, wird ein Rollmoment induziert, das dem Seitenschlupf widersteht. Dieses induzierte Rollmoment wird allgemein als Diedereffekt bezeichnet.

... bei jedem Seitenschlupf wirkt die durch den Druckmittelpunkt wirkende Rückstellkraft nicht durch den Schwerpunkt des Flugzeugs. Daher bewirkt ein Seitenschlupfzustand die Rückstellkraft auf das Heck, induziert aber gleichzeitig ein Rollen. ... jetzt, da wir das Leitwerk angehoben haben und somit der Druckschwerpunkt und der positive Dieder-Effekt deutlich erhöht wurden.

Das T-Leitwerk reduzierte die Trägheitskopplung, indem es den Aufbau von Seitenschlupf verhinderte.

Das letzte Zitat spricht vom Dieder-Effekt, aber der F-104 hatte eine leichte Anhedrale
Das klärt vieles, aber es bleibt eine Frage offen. Trägheitskopplung findet auch im Weltraum statt, bei Satelliten, die länger als breit waren und anfingen, um ihre Rotationsachse zu wackeln. Wie ich die Anmerkungen in Ihrer Antwort verstehe, bietet das T-Schwanz einen Dieder-Effekt, der die Rollrate verringern würde, was erforderlich wäre. Es erhöht auch den Druckmittelpunkt, so dass die Seitenschlupfstabilität erhöht wird.
@TomMcW die Flügel hatten eine leichte Anhedrale. Dies war das Ergebnis des hohen Dieder - Effekts aufgrund des Schwanzes.

Dem Wikipedia-Artikel fehlt eine Referenz. Es scheint, um die Flosse kurz zu halten und gleichzeitig effektiv zu sein, was Gewicht und Luftwiderstand reduziert. Eine klassische Verwendung von T-Schwänzen .

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Quelle: General Aviation Aircraft Design: Applied Methods and Procedures , p. 973

Der zitierte Whitford bezieht sich meines Erachtens auf dieses Buch .

@aeroalias answer enthält einen Link zu den Notizen der F-104-Testpiloten, der Folgendes erklärt:

  • warum der Starfighter ein T-Leitwerk hat;
  • welche Maßnahmen ergriffen wurden, um eine Trägheitskopplung zu verhindern.

Dem Dokument zufolge bot das T-Leitwerk im gesamten Geschwindigkeitsbereich bessere Stabilitäts-, Kontroll- und Trimmeigenschaften. Es lieferte auch den gleichen aerodynamischen Kopplungseffekt wie die Flügel-Dieder, deshalb haben die Flügel eine Aneder.

Trägheitskopplung ist kein aerodynamisches Phänomen. Es ist in einem der ersten Satelliten aufgetreten, der in die Umlaufbahn gebracht wurde, der länger als breit war, und im Laufe der Zeit begann, um die Rotationsachse zu wackeln, ein Phänomen, das Nutation genannt wird. Flugzeuge mit großer Flügelspannweite können eine hohe Rollrate aufrechterhalten, ohne dass Nicken und Gieren beeinträchtigt werden - der Starfighter war das erste Flugzeug mit kurzen Flügeln, und mit einer hohen Rollrate kam es zu Nutationen mit unerwünschten Nick- und Giereffekten. Und auch beim Wenden eine Herausforderung, nach dem berühmten Satz eines kanadischen Piloten zu urteilen: „Banking with intention to turn“.

Das T-Leitwerk ist nicht wirklich eine Lösung für die Trägheitskopplung, nur eine längere Spannweite um das CoG herum ist es. Trägheitskopplung wurde durch Begrenzung der Rollrate verhindert. Das T-Leitwerk erhöhte aufgrund des Winglet-Effekts die Richtungsstabilität des Seitenleitwerks, ebenso wie die Bauchflossen.

Entgegen der Wikipedia-Aussage wurde das T-Leitwerk also nicht primär implementiert, um die Trägheitskopplung zu reduzieren.

Die Trägheitskopplung wird durch eine schräge Trägheitsachse in Bezug auf die Flugrichtung verursacht. Durch Verschieben des Höhenleitwerks nach oben wird diese Neigung nur noch verstärkt. Stummelflügel haben eine geringe Rolldämpfung, verursachen jedoch keine Trägheitskopplung. Außerdem war der Dieder-Effekt mehr als ausreichend und seine Begrenzung verursachte eine ausgeprägte Anhedrale. Es sollte offensichtlich sein, dass Sie Recht haben und das T-Leitwerk nur wegen einer besseren Effektivität der gesamten Leitwerksanordnung gewählt wurde, hauptsächlich verursacht durch den Endplatteneffekt und die Rückwärtsverschiebung des horizontalen Leitwerks auf einer überstrichenen Vertikalen. Sie sollten Ihre Antwort akzeptieren .
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