Warum sind Pfeilflügel besser geeignet, um die Schallmauer zu durchbrechen?

Es dreht sich alles um die „effektive“ Machzahl, die der Flügel sieht. Im Wesentlichen ist für einen überstrichenen Flügel die Mach-Zahl, die der Flügel in Bezug auf Kompressibilitätseffekte „sieht“, die Mach-Zahl der Komponente des Freistroms senkrecht zur Flügelsehne:

(Quelle: stanford.edu via archive.org )

Indem Sie den Flügel nach hinten kehren, können Sie sich der Schallgeschwindigkeit nähern, ohne einen Überschallstrom über den Flügel zu bekommen (denken Sie daran, ein Flügel erzeugt Auftrieb, indem er die darüber strömende Luft beschleunigt und dadurch den Druck verringert - so erhalten Sie einen Überschallstrom über der Flügel vor dem Freestream ist Überschall). Sobald man Überschall fliegt, kommt man natürlich nicht drum herum, Stoßwellen über dem Flügel zu haben – allerdings kann man deren Stärke mit Wing Sweep verringern.

Pfeilflügel sind bei transsonischen Flugregimen (M = 0,8–1,2) vorteilhaft. Bei transsonischen Flugregimen gibt es einen drastischen Anstieg des Luftwiderstands (CD ist bis zu diesem Punkt mehr oder weniger konstant) aufgrund der Auswirkungen der Kompressibilität, die sich in lokalen Schallregionen auf dem Flügel manifestieren (das Flugzeug selbst kann mit M = fliegen 0,78, aber über einigen Teilen des Flügels, wo der Druck niedrig ist, können die Geschwindigkeiten Schall- und Überschallgeschwindigkeit erreichen). In solchen Regionen herrscht ein sehr großer Wellenwiderstand. Der überstrichene Flügel reduziert im Wesentlichen die effektive Geschwindigkeit, so dass die Strömung Unterschall bleibt und sich keine Stöße über dem Flügel bilden, was somit nicht zur Erzeugung großer Luftwiderstandsmengen führt. Informieren Sie sich über die kritische Mach-Zahl (Drag-Divergenz-Zahl).

Im Allgemeinen sind nach hinten gekehrte Flügel nicht besser darin, die Schallmauer zu durchbrechen. In der Tat, wenn Sie das erste Flugzeug sehen, das die Schallmauer im Horizontalflug durchbrach (die Bell X-1), hatte es keine Pfeilflügel. Und es wurde entwickelt, nachdem gepfeilte Flügel entwickelt wurden.

Was mit Flügeln passiert, wenn Sie Überschall erreichen, sind Stoßwellen, die über die Flügel fließen. Speziell Steuerflächen. Wenn Sie Schockwellen über Ihre Steuerflächen bekommen, verlieren Sie im Grunde die Kontrolle.

Während des Zweiten Weltkriegs stürzten mehrere P-51 Mustangs und P-38 Lightnings ab, nachdem sie sich von einem Sturzflug nicht erholen konnten. Beide Flugzeuge hatten Triebwerke, die schnell genug waren, um sie im Horizontalflug auf 70 % der Schallgeschwindigkeit zu bringen. Bei einem Tauchgang ist es ihnen durchaus möglich, die Schallmauer zu durchbrechen. Und tatsächlich wurde spekuliert, dass dies die Ursache für die Abstürze sei. Tauchpausen wurden bei P-38 nachgerüstet, damit sie bei einem Tauchgang genug langsamer werden konnten, um die Kontrolle wiederzuerlangen.

Wenn Sie weiter mit oder über Mach 1 fliegen möchten, müssen Sie vermeiden, dass Ihre Steuerflächen in Stoßwellen eindringen. Da Stoßwellen im Allgemeinen kegelförmig sind, können Sie grundsätzlich zwei Techniken anwenden:

1. Schwingen Sie die Flügel nach hinten, sodass sie im Kegel der Stoßwelle bleiben.

2. Mache deine Nase länger, sodass du die Stoßwelle von den Flügeln wegdrückst (oder drücke die Flügel je nach Perspektive von der Stoßwelle weg).

Die Antworten von Jacob und Flanker sind richtig. Das ist die effektive Machzahl. Soweit ich mich erinnere, wurde es von Busemann entdeckt. Pfeilflügel können daher abhängig von der Machzahl Unterschall fliegen.

OK - man kann auch mit geraden Flügeln Überschall fliegen - dann braucht man andere Tragflächen. Siehe zB den Starfighter. Dies ist ein Non-Sweep-Design, da Starfighter ein amerikanisches Design ist und Busemann ein Deutscher war.

Nachteil des Sweeps: Man hat eine Grenzschichtverschiebung und dadurch ist es fast unmöglich, eine laminare Strömung aufrechtzuerhalten.
Vorteil des Sweep: Reduzierte Bewegung des neutralen Punktes im Vergleich zum geraden Flügel, wenn er in den Überschall geht. Daher stürzten einige Maschinen mit geraden Flügeln ab, weil sich die Piloten nicht erholen konnten.

----Edit --- Sweep reduziert die Bewegung des neutralen Punktes. Die niedrigste Bewegung ist für einen Deltaflügel sichtbar. : Vgl. Schlichting/Truckenbrodt Band 2 S. 214/227 Kap. 8 Bild 8.59/8.70 (meine Bibel). Daher reduziert Sweep/Delta Steuerungsprobleme, sorry.