Warum sollte der Mach-Wellenwinkel kleiner als der Flügelschwenkwinkel sein?

TLDR; Die senkrechte Unterschallströmung über die Vorderkante des Flügels ermöglicht es Ihnen, den Flügel für den Unterschallstart und die Landung zu optimieren.

Täuschen Sie sich nicht! Die Strömung selbst ist immer noch Überschall und Sie müssen sich immer noch mit Stoßwellen an Ihrem Flügel auseinandersetzen! Sie werden keine Unterschallbedingungen über dem Flügel haben (oder zumindest ist es sehr unerwünscht, eine starke Stoßwelle vor dem Flugzeug zu haben). Die senkrechte Strömung ist es jedoch nicht und das zählt für die Vorderkante.

Die Vorderkante des Flügels sollte in einem Überschallbereich so scharf wie möglich sein. Kurven verursachen einen starken Luftwiderstand, da sich mehrere infinitesimale Schockwellen bilden und zu einer großen kombinieren. (Theoretisch würde es zu einer adiabatischen Kompression konvergieren, was für den realen Fall überhaupt nicht zutrifft.) Ein Flugzeug muss jedoch im Unterschallflug abheben, und wenn Sie keinen TWR> 1 haben, brauchen Sie Ihr süßes Bonbon Auftrieb, und in diesem Fall ist eine scharfe Kante unglaublich unglücklich, da sie einen sehr turbulenten Luftstrom oder eine noch schlimmere Trennung aufgrund der Strömung von unten nach oben über die Vorderkante erzeugt. Wenn die senkrechte Strömung Unterschall ist, können Sie daher eine abgerundete Vorderkante verwenden, die Ihnen beim Start und bei der Landung hilft.

Wenn Sie ein sehr schnelles Flugzeug wollen (z. B. Ma > 3), werden Sie Probleme haben, da Superpfeilflügel Ihnen bei TO und LDG nicht helfen. Einige Jagdflugzeuge haben deshalb verstellbare Flügel, aber das ist aus Sicherheitsgründen ein Alptraum. In der zivilen Luftfahrt wird das so schnell nicht passieren. -> Sie müssen alle Ihre Regime während einer Mission berücksichtigen. Ein Flugzeug, das in Ma>5 mit seinen SCRAMJET-Triebwerken supereffizient ist und nicht in der Lage ist, alleine zu fliegen, ist ziemlich nutzlos. Das gleiche mit den Flügeln.

Kurze Antwort: Vorderkantenschub .

Etwas längere Antwort: Unterschallströmung hat die Fähigkeit, die Vorderkante zu überwinden, was zu einer Saugspitze führt, die bei Überschallströmung fehlt. Sweep ermöglicht es, dieses Strömungsmuster so lange beizubehalten, wie die Strömungsgeschwindigkeitskomponente senkrecht zur Vorderkante Unterschall ist.

Diese Saugspitze, die auf die nach vorne gerichtete Oberfläche der Vorderkante wirkt, zieht den Flügel nach vorne, daher der Ausdruck "Vorderkantenschub". Dies fehlt, sobald die senkrechte Geschwindigkeitskomponente Mach 1 überschreitet, wodurch der nach vorne gerichtete Bereich des Flügels dem erhöhten Druck hinter dem Stoß ausgesetzt wird.

Diese Eigenschaft kann durch konische Wölbung maximiert werden, eine Krümmung des vordersten Teils des Tragflügels, die mit der Spannweite zunimmt, so dass der äußere vordere Flügel eine konische Oberfläche hat. Dies wurde mit dem F-106 eingeführt und wird bei vielen Überschalldesigns verwendet.

F-106 in einem Winkel zur Sonne, der die gewölbte Vorderkante schön zeigt ( Bildquelle )

Wie in einer anderen Antwort erläutert, behält das Halten des Flügels innerhalb des Stoßkegels das Unterschallmuster der seitlichen Strömung bei, wodurch Luft um die Vorderkante nach oben strömt. Dadurch können Sie eine abgerundete Eintrittskante verwenden, die auch bei niedrigen Geschwindigkeiten gut funktioniert.

Aber es ist nicht alles schlecht, den Dämpfer auf die Vorderkante treffen zu lassen. Dies ist der Zustand, in dem der Waverider operiert, wobei die Mach 3-fähige nordamerikanische XB-70 Valkyrie vielleicht das bemerkenswerteste Beispiel ist. Der Trick besteht darin, den Stoßdruck auf der Unterseite zu nutzen, um Auftrieb zu erzeugen, ihn aber auf der Oberseite zu vermeiden.