Warum sind die Anstellwinkelsensoren bei den meisten Flugzeugen am vorderen Rumpf montiert und nicht an den Flügelwurzeln?

Eine Quelle zuverlässiger Anstellwinkelinformationen ist für Flugzeuge wichtig, da ein Flug mit einem übermäßig hohen Anstellwinkel dazu führen kann, dass das Flugzeug abgewürgt wird, was im Allgemeinen als ein unerwünschtes Ereignis angesehen wird. Zu diesem Zweck verfügen Flugzeuge im Allgemeinen über mehrere redundante Anstellwinkelsensoren (normalerweise bestehend aus Flügeln, die in den Luftstrom ragen und sich mit ihm ausrichten, aber manchmal stattdessen komplizierte Druckmessmechanismen verwenden), um vor einem gefährlichen Anstellwinkel zu warnen. hoher Anstellwinkel.

Diese Sensoren sind jedoch im Allgemeinen am vorderen Rumpf unterhalb des Cockpits angebracht, was bei den meisten Flugzeugen nicht der Fall ist, wo hohe Anstellwinkel tatsächlich Probleme verursachen. Wo AoA wichtig ist, sind die Flügel, die den Löwenanteil des Auftriebs des Flugzeugs erzeugen und die vor einem Abwürgen bewahrt werden müssen, und wo die Richtung des lokalen Luftstroms nicht unbedingt die gleiche ist wie die der AoA-Sensoren am vorderen Rumpf . Wie unterschiedlich es genau ist, hängt (wie bei vielen aerodynamischen Eigenschaften eines Flugzeugs) von der Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs ab , weshalb die Messwerte von an der Nase montierten Anstellwinkelsensoren angepasst werden müssen, um die Auswirkungen der Fluggeschwindigkeit zu korrigieren , was deshalb (zum Beispiel)Der Schutz vor hohen Anstellwinkeln bei Fly-by-Wire-Airbus ist ohne gültige Fluggeschwindigkeitsdaten unwirksam .

Die Montage der Anstellwinkelsensoren an den Flügelwurzeln des Flugzeugs und nicht unter dem Cockpit würde es ermöglichen, die AoA direkt dort zu messen, wo es darauf ankommt, wodurch die Notwendigkeit entfällt, ihre Messwerte für die Fluggeschwindigkeit zu korrigieren, und sogar eine genaue Messung des Anstellwinkels ermöglicht wird ohne Fluggeschwindigkeitsinformationen, warum haben die meisten Flugzeuge ihre Anstellwinkelsensoren immer noch am vorderen Rumpf statt an den Flügelwurzeln?

Kennen Sie eine Situation, in der der an der Flügelwurzel gemessene AOA von dem am Cockpit gemessenen AOA abweicht, oder eine Situation, in der dieser Unterschied in vorteilhafter Weise von Bedeutung ist?
@GalacticCowboy Hängt davon ab, wie biegsam die Flügel / der Rumpf sind und ob sich die an den Flügeln gemessene AoA erheblich von der Messung an der Nase unterscheiden könnte. Andererseits würde sich die AoA an der Flügelwurzel nicht ändern, wenn sich die Flügel nach oben / unten biegen, sie würde sich am meisten an den Spitzen ändern.

Antworten (2)

Wäre die Installation der AOA-Leitschaufel (oder allgemein des Sensors) an der Flügelwurzel genauer als die Installation in der Nähe der Nase? Nein, würde es nicht. Tatsächlich kann es aufgrund des größeren Aufwinds an der Flügelvorderkante etwas schlechter sein, und der Flügelvorsprung kann sogar die Flügelaerodynamik negativ beeinflussen.

Traditionell werden AOA-Messungen für die Überziehwarnung und, falls erforderlich, für den Knüppelschieber verwendet. Während der Flugtests wurden die Schwellenwerte für die Aktivierung der Überziehwarnung (und die Aktivierung des Knüppelschiebers) auf die lokalen AOA-Messungen der Flügel kalibriert, um die Zertifizierungsanforderungen zu erfüllen und gleichzeitig zu minimieren v S / v S R Leistung zu maximieren.

Wenn bei FBW-Flugzeugen die Steuergesetze eine AOA-Abhängigkeit aufweisen, würde das Steuergesetz typischerweise mit Flugzeug-AOA (auch bekannt als Freistrom-AOA) wie im Windkanal und/oder CFD spezifiziert entworfen. Daher müssten die lokalen AOA-Messungen auf die AOA des Flugzeugs korrigiert werden, bevor sie von den Kontrollgesetzen verbraucht werden. Die Antwort auf diese Frage skizziert die Methoden für eine solche Korrektur während des Flugtests.

Nachtrag:

Neben Vane und Smart Probe (verwendet bei A220 und E170, E190) gibt es eine Reihe anderer AOA-Messgeräte. Die häufigsten sind Vorderkantenöffnungen oder Laschen, die bei GA-Flugzeugen verwendet werden (danke @JanHudec für den Hinweis). Diese arbeiten, indem sie die Bewegung des Stagnationspunkts erfassen, wenn die AOA zunimmt. Der Nachteil ist natürlich, dass der Stagnationspunkt, der mit der erforderlichen Spanne zum Abwürgen verbunden ist, bei unterschiedlichen Machzahlen und über Konfigurationen mit hohem Auftrieb unterschiedlich ist.

Dieser NACA-Bericht enthält eine Reihe von flügelmontierten Stallwarngeräten, die im letzten Jahrhundert getestet wurden.

In großen Flugzeugen wird der AoA-Flügel auf diese Weise installiert. Aber alle Kleinflugzeuge spüren die Position des Staupunktes direkt an der Vorderkante entweder mit kleiner Fahne (löst beim Aufblasen Stallwarnung aus) oder einem Pfortenpaar (teilweise sogar rein mechanisch – da ist eine Pfeife im Verbindungsrohr das ertönt, wenn Luft nach oben strömt). Das gibt kein AoA, nur eine Stallwarnung, ist aber einfacher.
@JanHudec Sehr gute Informationen. Sind diese Geräte „nice-to-have“ oder werden einige von ihnen benötigt, um 23.207 zu erfüllen?
Wenn das Flugzeug keine AoA-Leitfahne hat (die meisten kleinen GA-Flugzeuge haben keine) und eine Überziehwarnung für 23.207 benötigt (manchmal reicht der Überziehpuffer aus), ist dies für die Einhaltung erforderlich. Aber es ist auf geraden, unverdrehten Flügeln; Bei verdrehten Pfeilflügeln kann es schwieriger (oder zu hart; bei Pfeilflügeln wird er durch Seitenschlupf stark beeinträchtigt) zu kalibrieren.
„Bei FBW-Flugzeugen, wenn die Steuergesetze eine AOA-Abhängigkeit haben, würde das Steuergesetz typischerweise mit Flugzeug-AOA (auch bekannt als Freistrom-AOA) entworfen, wie im Windkanal und/oder CFD spezifiziert.“ Warum sind die Flugsteuerungsgesetze von Fly-by-Wire-Flugzeugen eher von der Freestream- AoA als von der Flügel-AoA abhängig, wenn man bedenkt, dass (für Flugzeuge, die mit ihren Flügeln Auftrieb erzeugen) für die Flugeigenschaften des Flugzeugs tatsächlich die Flügel-AoA von Bedeutung ist, nicht das Freestream-AoA?
@ Sean Sie können die Stallgrenze anhand der in der Nähe des Flügels gemessenen AOA identifizieren. Aber FBW-Gesetze sind modellbasiert, und die Entwicklungsmodelle werden zwangsläufig aus CFD- und Tunneldaten erstellt, wo es viel einfacher ist, Freestream-AOA zu spezifizieren.

Die Anbringung des AoA-Sensors an der Flügelwurzel ist in der Tat sinnvoll, wenn Störeffekte auftreten, wie z. B. schnelle dynamische Effekte oder Nichtlinearitäten. Die AoA-Messung ist im linearen Bereich des Flugbereichs unterhalb des Stall-AoA ziemlich einfach, und in diesem Bereich ist der beste Ort für die Montage des AoA-Sensors an einer relativ ungestörten Stelle, was die Kalibrierung während der Flugtests vereinfacht. Wie schon seit Jahrzehnten.

Die Zeiten haben sich jedoch geändert, es gibt neue Anforderungen, die die Erholung von einem voll entwickelten Stall verlangen, nicht von einer linearen Region. Neue Anforderungen zur Messung von AoA und Stall-Trennung können folgen ...

Was Sie bald sehen werden, ist eine Entwicklung von etwas, das auf dem „Smart Boom“ basiert, der in den neuesten Testprogrammen verwendet wird und auf physische Schaufeln verzichtet und nur Öffnungen an verschiedenen Stellen an der Spitze des Auslegers verwendet, um den Druck zu messen und die Software den AOA zu berechnen . Sie werden so etwas wie eine kleine Blase auf jeder Seite der Nase mit Löchern überall sehen, die die Schaufel ersetzen.
@JohnK: Würdest du nach dieser Logik diese Drucksensoren nicht an den Flügeln selbst haben wollen? Schließlich ist der Luftdruck an den Flügeln direkt das, was ein Flugzeug in der Luft hält.
@MSalters Smart Probes dienen auch als Fluggeschwindigkeitsquellen. Sie möchten nicht, dass sie sich aufgrund von Aufwind in der Nähe des Flügels befinden.
@Jimmy Ich denke, der Punkt von MSalters war: Drucksensoren sollten direkt feststellen, ob ein Strömungsabriss stattfindet, sozusagen in situ , ohne dass überhaupt Proxys (Fluggeschwindigkeit und / oder AOA) erforderlich sind.
@leftaroundabout Damit dies funktioniert, benötigen Sie überall auf dem Flügel Drucksensoren (was ist, wenn ein Strömungsabriss in der Mitte des Flügels von TE auftritt, im Vergleich zu einem Strömungsabriss in der Nähe der Wurzel bei LE beispielsweise aufgrund von Vereisung).
@Jimmy ja - aber Drucksensoren sind klein, leicht und billig (im Gegensatz zu AOA-Flügeln), daher erscheint es plausibel genug, nur etwa 100 davon über den gesamten Flügel zu verteilen.
@leftaroundabout Es ist sicherlich plausibel. Aber jetzt ersetzen Sie eine redundante Zustandsschätzung durch N gekoppelte Zustandsschätzungen. Es schreit nur nach Komplexität für sehr wenig Gewinn (wenn überhaupt, wie in meiner Antwort angesprochen). AOA-Sensoren arbeiten seit Jahrzehnten zuverlässig.
@Jimmy: Stimmt, aber 7 von hundert scheitern, du zuckst es nur mit den Schultern. Redundanz ist eine bekannte Form der Zuverlässigkeit. Was die "partiellen Stalls über verschiedenen Teilen des Flügels" betrifft, kann Ihr AoA-Sensor überhaupt nicht mit lokaler Vereisung umgehen.
Warum sind die Anstellwinkelsensoren bei den meisten Flugzeugen am vorderen Rumpf montiert und nicht an den Flügelwurzeln?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v