Warum sollten Steuerflächen-Unruhhörner bei transsonischen Geschwindigkeiten Probleme verursachen?

Bei vielen Flugzeugen haben Steuerflächen wie Aufzüge, Querruder, Seitenruder usw. "Hörner", die sich von der Scharnierlinie der Oberfläche nach vorne erstrecken und sich um die Spitze des Flügels oder Stabilisators wickeln, wie auf der linken Seite dieses Bildes zu sehen:

geile Steuerfläche

(Bild von Rory McDonald hier bei AvSE , der nicht sagt, woher er es hat.)

Dies ist vorteilhaft, da der Steuerflächenbereich vor der Scharnierlinie einige der aerodynamischen Kräfte aufhebt, die der Steuerflächenauslenkung entgegenwirken, und einen Platz bereitstellt, an dem schwere Gegenstände zum Massenausgleich der Steuerfläche abgelegt werden können; Beides macht die Flugsteuerung des Flugzeugs reaktionsschneller und benutzerfreundlicher.

Dieser Kommentar von @PeterKämpf zu dieser Antwort auf eine geile Steuerfläche legt jedoch nahe, dass Ausgleichshörner für transsonische Flugzeuge schlecht geeignet wären:

Das Auswuchten der Steuerflächen reduziert hydraulische Belastungen und folglich die Masse. Es macht auch bei irreversiblen Steuerungen Sinn und ist auf dem PC-24 wegen seiner geringen maximalen Mach-Geschwindigkeit möglich. Bei Airliner-Geschwindigkeiten bereiten die Steuerhörner alle möglichen Probleme, aber unterhalb von Mach 0,74 bieten sie klare Vorteile. [Meine Betonung; Mach 0,74 ist der Beginn des transsonischen Bereichs für die meisten Flugzeuge, und alle modernen Düsenflugzeuge fliegen mit transsonischer Geschwindigkeit.]

Intuitiv würde man erwarten, dass diese nach vorne gerichteten Unruhhörner, wenn überhaupt, eine gute Sache im transsonischen Flug wären; Eines der Probleme, die auftreten können, wenn man sich der Schallgeschwindigkeit nähert, ist die Verschlechterung der Flugsteuerungsautorität aufgrund der Bildung von Stoßwellen, wenn Hochgeschwindigkeitsluft vom Flügel oder Stabilisator auf die Steuerfläche 1 und das fliegende Unruhhorn strömt in saubere Luft, die nicht durch eine feststehende Oberfläche davor gestört wird, würde es ermöglichen, eine gewisse Steuerautorität unabhängig von den Auswirkungen von Stoßwellen auf den Rest der Steuerfläche beizubehalten.

Warum sollten Steuerflächen-Unruhhörner bei transsonischen Geschwindigkeiten ein Netto-Minus sein?


1 : In der Praxis zeigt sich dies im Allgemeinen am deutlichsten in einer Verringerung der Höhenruderautorität, was in den meisten Flugregimen eine schlechte Sache ist, aber besonders dann, wenn nahe der Schallgeschwindigkeit geflogen wird .

Antworten (1)

Das nach hinten verlagerte Druckzentrum im transsonischen Regime ist der Schuldige, der das Gleichgewicht durcheinander bringt, obwohl es Lösungsansätze zu geben scheint:

[...] Druckmittelpunktverschiebung nach hinten bei transsonischen Geschwindigkeiten hat das Problem des Erreichens ausgewogener Gelenkmomente über den gesamten Geschwindigkeitsbereich erschwert. Dies war der Fall bei der hornausgeglichenen Klappensteuerung von Referenz 1, die auf einem 550 gepfeilten Spitzflügel montiert war. Obwohl diese Steuerung bei Überschallgeschwindigkeiten nahezu ausgeglichen war, war sie bei Unterschallgeschwindigkeiten stark übergewichtet. Es schien, dass die Hinzufügung einer Unwuchtlasche ein Mittel bot, um die großen überbalancierten Scharniermomente bei Unterschallgeschwindigkeiten zu reduzieren, ohne die Eigenschaften des Kontrollscharniermoments bei Überschallgeschwindigkeiten stark zu verändern, da Laschen im Allgemeinen beträchtliche Verluste an Wirksamkeit bei Überschallgeschwindigkeiten gezeigt haben ( Lit. 2 und 3, zum Beispiel). [Hervorhebung von mir]

- Guy, Lawrence D. "Transsonische und Überschalleigenschaften einer hornausgeglichenen Steuerung mit Unbalancing Tab auf einem 55-Grad-Sweepback-Flügel." (1957). https://ntrs.nasa.gov/citations/19930089530


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