Warum sollte eine Stretch-Variante ein größeres Höhenleitwerk benötigen?

Mit der 787-10-Strecke sparte Vedad Mahmulyin (ein Boeing-Ingenieur) dem Unternehmen Millionen, indem er eine Softwarelösung implementierte, die die Notwendigkeit einer Vergrößerung des horizontalen Stabilisators zunichte machte.

Bei der Dimensionierung der horizontalen Leitwerke erwies sich Software erneut als nützlich. Als Erweiterung der 787-9 würde das Lehrbuch-Flugzeugdesign darauf hindeuten, dass die 787-10 größere horizontale Stabilisatoren benötigen würde, was den Effekt des längeren Rumpfes auf die Nickkontrolle ausgleicht. Stattdessen verwendete Boeing-Ingenieur Vedad Mahmulyin eine Software, um die Wirksamkeit der vorhandenen Stabilisatoren zu erhöhen. Boeing verlieh Mahmulyin einen internen Ingenieurpreis für die Lösung des Problems.

Flug International (27. März 2018)

Wenn ein Flugzeug geschrumpft wird, ist das normalerweise wegen des reduzierten Hebelarms der Fall. Beim Strecken bleibt das Heckvolumen erhalten, wenn ich diesen Kommentar zum DC-10/MD-11-Stretch richtig verstehe:

Ist das Heck des MD-11 nicht kleiner, weil es einen längeren Hebelarm hat? Das Heckvolumen beider Flugzeuge sollte ziemlich gleich sein. Außerdem kann kein FCS helfen, das Flugzeug über einen weiten Bereich von CG-Positionen zu trimmen, und es ist dieser Trimmbereich, der das Volumen der Heckoberfläche antreibt. @PeterKämpf

Warum braucht eine Stretch-Variante also ein größeres Höhenleitwerk?

Auch aus einem Interview mit Mahmulyin:

Mahmulyin fand heraus, dass er Software verwenden konnte, um den Flügeln und den Stabilisatoren zu sagen, wie sie zusammen fliegen sollten, „anstatt alle neuen horizontalen und vertikalen Stabilisatoren herstellen zu müssen“, sagte er.

Was bedeutet "zusammen fliegen"? (Dies ist eine optionale Frage und beinhaltet keine geschützten Informationen.)

Grund aktualisieren und akzeptieren

Der Grund für die Frage, warum im Gegensatz zu warum, ist, dass mir keine frühere [Jetliner-] Strecke bekannt war, die einen größeren horizontalen Stabilisator erforderte. Zum Beispiel behielten alle DC-8 vom kürzesten bis zum längsten (fast die gleiche Strecke wie der 787-10) den horizontalen Stabilisator durchgehend bei:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Quelle: Great Airliners; klicke zum Zeigen

Aber dann erinnerte ich mich endlich an eine Situation, in der es passiert ist, die 737 Classic, und der angegebene Grund ist die "Längsladeflexibilität", also die Schwerpunktreichweite, und deshalb akzeptiere ich die Antwort von @jwzumwalt.

Demnach geht es nicht darum, einen größeren Schwanz zu vermeiden, sondern einen stärkeren Schwanz. In dem Patent geht es darum, Hecklasten bei hohem dynamischen Druck unterschiedlich zu begrenzen, wenn das Böenminderungssystem aktiviert ist.
@PeterKämpf - Ich habe auch dein Gespräch mit DL überprüft. Ein ausgezeichneter Fund. Ich stimme zu, dass die Berichterstattung über Flight in den letzten Jahrzehnten besser war und es wenig zu tun gab. Ich könnte am Ende eine Verbindungsfrage stellen. Vielen Dank, dass Sie es weiter gebracht haben.
Die Frage, warum ein gestrecktes Flugzeug ein größeres Heck benötigt, war zu erstaunlich, als dass ich es allein lassen könnte.
Das erste klassische 737-Modell (die -300) hatte ein größeres Heck als die -200, von der es abgeleitet wurde, aber dies war generationsbedingt nicht dehnungsbedingt. Der -500, der den -200 direkt ersetzte, hatte einen Schwanz der Größe -300.

Antworten (3)

Wenn der Rumpf gestreckt wird, wird der Arm des Höhenleitwerks verlängert, und daher nimmt seine Wirksamkeit linear mit der Rumpflänge zu.

Da die Masse aber weiter weg vom Schwerpunkt verteilt ist, erhöht sich auch das Nickträgheitsmoment.

Wenn der Rumpf als gleichmäßiger Stab modelliert würde, wäre das Trägheitsmoment in der Neigung 1 12 m L 2 , mit Masse m und Länge L .

Bild eines Stabes und der Moment- und Trägheitsformel

Quelle: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

Sie sehen, dass das Trägheitsmoment mit dem Quadrat der Rumpflänge zunimmt, während die Wirksamkeit des Höhenruders linear mit der Rumpflänge zunimmt. Das Nettoergebnis ist, dass die Nickreaktion eines längeren Rumpfes mit dem gleichen horizontalen Stabilisator/Höhenruder reduziert wird.

Zusätzlich zur Änderung der Trägheit benötigt das schwerere Flugzeug stärkere Klappen (Doppelschlitzer gegenüber Einzelschlitz zuvor), was eine größere Änderung des Nickmoments verursacht.

Daher braucht ein gestrecktes Flugzeug ein effektiveres Höhenruder.

Zur Bedeutung von „gemeinsam fliegen“ gehe ich davon aus, dass dies bedeutet, dass die Softwarelösung für die 787-10 das Nickmoment des Flugzeugs nicht nur durch Veränderung des Höhenruderwinkels steuert, sondern auch Steuerflächen am Flügel nutzt.

Nicht zu vergessen, dass eine Strecke, die schwerer ist, stärkere Klappen benötigt (doppelt geschlitzt, wenn zuvor ein Schlitz genügte), die eine größere Nickmomentänderung bewirken. Das ist mindestens so wahrscheinlich wie die Zunahme der Trägheit, um die Aufzugsgröße anzutreiben.
Morgen @PeterKämpf. Danke für den Kommentar, ich werde das in die Antwort einarbeiten. Gibt es eine Faustregel, um die Änderung des Tonhöhenmoments zu quantifizieren?
Oh Junge, nicht dass ich einen wüsste. Ich würde auch argumentieren, dass normalerweise eine gestreckte Variante das gleiche oder ein kleineres Heck benötigt (siehe die erhöhte Vertikale des A318 für die entgegengesetzte Situation). Ich würde erwarten, dass das größere Heck durch den Wunsch nach einem breiteren Schwerpunktspielraum getrieben wird. Was im Fall der 787 und dem Software-Fix passiert ist, ist mir unbekannt. Das recherchiere ich jetzt
Bei den Patenten geht es um Aufzugslasten, nicht um Größe. Es scheint, dass der Trick darin besteht, den Höhenruderausschlag anders zu begrenzen, wenn Geschwindigkeitsbremsen oder ein Entlastungssystem aktiviert sind. Eine Look-Up-Tabelle regelt variable Höhenruderausschlagsgrenzen in Abhängigkeit von Staudruck und Stabilisatorwinkel, aber das ist nicht gerade neu. Sieht so aus, als hätte ich die falschen Patente gelesen oder Flight hat ihre Fakten nicht richtig verstanden (auch nicht gerade neu).
Ich denke, die Patente, die Sie gefunden haben, sind richtig, Flight ist wahrscheinlich etwas daneben. Wenn man es überdenkt, macht es Sinn, dass sich die Stabilisatorgröße nicht ändern sollte oder sogar kleiner sein kann, wenn die Rumpflänge zunimmt. In der statischen Situation erhöht der erhöhte Arm das Moment. In der dynamischen Situation bewirkt eine Nickbewegung eine höhere vertikale Geschwindigkeit des Hecks, und daher nimmt die Änderung des lokalen Anstellwinkels des horizontalen Stabilisators aufgrund der Nickrate mit der Rumpflänge zu. Die Nickdämpfung ist daher bei längeren Rümpfen wahrscheinlich effektiver.
Du hast Recht, die Dämpfung steigt mit dem Quadrat des Hebelarms, während Stabilität und Steuerkraft linear wachsen.
Ich glaube, dass das Erhöhen von Iy und Iz für Dutch Roll und Inertial Roll Coupling die Stabilität erhöht, wie Sie es beschreiben. Vor zwanzig Jahren gab es ein NASA-Papier über die Kopplungsdynamik, in dem die Auswirkungen auf das Space Shuttle diskutiert wurden. Ersteres und der Verlust des X15 re. letzteres. Der maßgebliche Begriff für die Rollkopplung ist (Ix-Iy)/Iz und die Grenze -1. Erhöhen von Iy und Iz verschiebt das Ergebnis näher an Null, weg von der Grenze. Dies sind beide Flugzeuge mit höherer Geschwindigkeit, daher kenne ich die Anwendbarkeit auf Verkehrsflugzeuge nicht.
  1. Der Hauptgrund liegt wahrscheinlich darin, dass ein größeres Heck den Schwerpunktbereich erhöht . Es macht keinen Sinn, ein Flugzeug zu strecken, ohne die Schwerpunktreichweite zu erhöhen. Schwanzvolumen berechnen
  2. Oft wird der Horzstab für die zusätzliche Kraftstoffkapazität verwendet, die für Stretchmodelle (dh MD11 und B747 ) benötigt wird. "... der Tank am Heck sorgt für zusätzliche Reichweite und verbessert die Leistung des Flugzeugs"
  3. Ein Teil der Dehnung befindet sich vor dem Schwerpunkt (und den Flügeln) und wirkt daher der Wirksamkeit des Schwanzes entgegen. (Wasserflugzeuge leiden oft unter dem gleichen Problem des widrigen Wetters, und daher wird manchmal eine zusätzliche vertikale Oberfläche unter dem Rumpf hinzugefügt.)
  4. Die Strecke wird ein höheres Bruttogewicht haben und die Heckflächen müssen eine größere Trägheit überwinden. Per @DeltaLima Trägheitsmoment unten gezeigt.
Ich denke dein 1. und 3. widersprechen sich? Wenn ich einen Abschnitt vor dem Schwerpunkt und einen Abschnitt hinter dem Schwerpunkt hinzufüge und beide mit dem gleichen Gewicht auffüllen, ändert sich der Schwerpunkt nicht? Außerdem verstehe ich nicht, warum Sie das Heckvolumen bei 1. erwähnen, die gestreckte Version hätte eher einen größeren Abstand zum AC und würde daher ein kleineres Heck zulassen.
1) Der primäre Schwerpunktbereich wird durch die Flügel-MAC gesteuert (~15-30%) und der Originalflügel ist für extreme Schwerpunkte ausgelegt. Wenn Sie sich strecken, erhöht sich der Schwerpunktbereich (Arm * Gewicht) und das Ändern der Flügelsehne ist unpraktisch. Zur Anpassung an die Extreme des neuen Schwerpunktbereichs wurde das Heck vergrößert. 3) Jede Oberfläche vor dem Schwerpunkt erzeugt ungünstiges Wetter. Der Schwerpunkt eines Wasserflugzeugs ändert sich nicht, aber die hinzugefügte Schwimmfläche vor dem Schwerpunkt erfordert oft eine vergrößerte Leitwerksfläche, wie z. B. die vertikale Fläche, die unter dem Rumpf hinzugefügt wird.
Aber normalerweise fügt eine Dehnung Abschnitte vor und nach dem Flügel hinzu, sodass sich der Schwerpunktbereich nicht erhöht? Siehe zum Beispiel dieses Bild, wo mehr Abschnitte vor dem Flügel hinzugefügt werden als danach für A321
Wenn Ihr Grund 1 richtig wäre, würden wir bei allen gestreckten Flugzeugen größere Leitwerke sehen, aber das ist eine Seltenheit. Wenn überhaupt, ist Grund 2 (für die Trimmung, nicht für die Reichweite) das Mittel, mit dem Hersteller vermeiden, dass Sie Ihren Grund 1 erfüllen müssen.

Eine Stretch-Variante benötigt aufgrund des vergrößerten Arms keinen größeren Schwanz. Wenn Sie mit dem CG oder was auch immer muckern wollen, ist das unabhängig von einer Dehnung. Das klassische Gegenbeispiel ist die 747SP, eine kürzere Variante mit riesigem Heck, bedingt durch reduzierten Arm.

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Warum sollte eine Stretch-Variante ein größeres Höhenleitwerk benötigen?
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