Warum verliert die Streckung eines Flügels bei Überschallgeschwindigkeit an Bedeutung?

Mein Verständnis ist, dass eine Erhöhung des Seitenverhältnisses (AR) eines Überschallflügels die Effizienz nicht wie bei einem Unterschallflügel erhöht.

Wenn der durch Unterschall induzierte Widerstand: C D ich = ( C L 2 ) / ( π × A R × ϵ )

Und der Überschall-Auftriebswellenwiderstand für schlanke Körper* beträgt: C D W L = 2 × C L 2 π × A R

Sie sind beide proportional zu 1 A R Warum wird das Seitenverhältnis bei Überschallgeschwindigkeit als unbedeutend angesehen? ------> Es scheint, als würde mir hier etwas fehlen.

* Gilt dieser Begriff nur für Dinge wie Rümpfe und Gondeln und nicht für Flügel? Wenn ja, was bedeutet es, ein Seitenverhältnis zu haben?

Peter Kampf, bitte helft mir

Ich füge dies als Kommentar ein, weil ich nicht die ganze Mathematik habe. Eine Sache, die beim anfänglichen Durchbrechen der Schallmauer auftrat, war, dass es einen Kontrollverlust gab, als die Druckwelle die Steuerflächen des Hecks erreichte. Die Begrenzung der Welle blockiert die Druckunterschiede, die einen effektiven Auftrieb ermöglichen. Das zweite ist ein Zitat des israelischen F15-Piloten, der sein Flugzeug landete, bei dem der rechte Flügel fehlte. "Wenn du schnell genug fliegst, bist du wie eine Rakete und brauchst keine Flügel!" Dies erfordert natürlich einen Motor, der zur Schubvektorsteuerung fähig ist.
@Rowan, schau dir nur die F-16 an. Es ist der Beweis, dass selbst ein Rasenpfeil mit einem ausreichend großen Motor fliegen kann.
Geht es nicht weniger um den Luftwiderstand und mehr um die Stabilität in Überschallprofilen?
@alex: Uhh - vergleiche die F-16 mit der F-18 und aus dem Lawn Dart wird ein aerodynamisch verfeinertes Flugzeug. Es ist alles relativ. McDonnell-Douglas verkaufte sogar die schlechte Aerodynamik des F-18 als Vorteil, indem er sagte, dass sich die Leistung bei gleicher äußerer Belastung viel weniger verschlechtert als beim F-16.

Antworten (1)

Die zwei Hauptgründe für Tragflächen mit Unterschallvorderkante sind:

  1. Der untere Auftriebsbeiwert im Überschallflug und
  2. die Notwendigkeit, die Flügeldicke gering zu halten, um den Wellenwiderstand im Überschallflug zu minimieren.

Ihre Beobachtung ist richtig: Der auftriebsbezogene Widerstandsbeiwert ist proportional zum Kehrwert der Streckung, unabhängig vom Flugregime für schlanke Körper. In allen Fällen wird Auftrieb erzeugt, indem Luft nach unten beschleunigt wird, und die Effizienz ist besser, wenn mehr Luft durch weniger beschleunigt werden kann .

Aber ein weiterer Faktor ist der Auftriebskoeffizient, das Quadrat davon, um genau zu sein. Auch dieser Einfluss auf den Luftwiderstand ist für Unter- und Überschallflüge gleich, die Größe des Auftriebskoeffizienten jedoch nicht. Nehmen Sie zum Beispiel die XB-70 ( Quelle ):

  • Reiseauftriebskoeffizient: 0,1 bis 0,13, C L 2 = 0,01 bis 0,0169
  • Startauftriebskoeffizient: 1,3 bis 0,73, C L 2 = 1,69 bis 0,533
  • Landeauftriebskoeffizient: 0,626, C L 2 = 0,392

Selbst beim höchsten Überschall-Auftriebsbeiwert im Reiseflug beträgt der angenäherte auftriebsabhängige Widerstandsbeiwert nur 4,3 % dessen, was er bei Landegeschwindigkeit ist. Der Überschallwiderstand wird von Druck und Reibung dominiert, und die Kosten der Auftriebserzeugung werden von den anderen Widerstandsquellen in den Schatten gestellt. Oder schauen wir uns ein anderes Flugzeug an, das für einen anhaltenden Überschallflug ausgelegt ist, oder genauer gesagt, seine Flughülle ( Quelle ):

Betriebsbereich des SR-71

Das Flugzeug arbeitet in einem schmalen Band dynamischer Drücke und tauscht Dichte gegen Geschwindigkeit, um in einem Korridor von 310 KIAS bis 450 KIAS zu bleiben, wenn es mit Überschallgeschwindigkeit fliegt. Hier liegt der Auftriebsbeiwert etwa zwischen 0,1 und 0,3 (abhängig von Flugzeugmasse und Beladungsfaktor) und wiederum viel niedriger als bei niedriger Geschwindigkeit, wo die Mindestgeschwindigkeit auf 145 KIAS abfällt.

Beachten Sie, dass die Lift-Wave-Drag-Formel für schlanke Körper nur streng zutrifft A R nähert sich Null. Bei höheren Aspektverhältnissen und insbesondere bei einer Überschallvorderkante verschlechtert sich dieses Verhältnis. Bei Überschallströmung kommt das Streckungsverhältnis nur ins Spiel, indem es den Teil des Flügels beeinflusst, der sich innerhalb des Mach-Kegels der Flügelspitze befindet. Mit anderen Worten: Die Überschallströmung um einen schlanken Körper herum wird überall durch Spitzeneffekte beeinflusst, während der innere und vordere Teil eines Flügels mit höherem Streckungsverhältnis eine zweidimensionale Strömung erfährt und sich der seitlichen Begrenzungen der Spannweite glücklicherweise nicht bewusst ist.

Nun zum strukturellen Faktor: Der Wellenwiderstand hat zwei Komponenten, eine vom Auftrieb und die andere vom Verdrängungseffekt. Luft mit Überschallgeschwindigkeit aus dem Weg zu schieben, muss möglichst vermieden werden, weil es doppelt bestraft wird: In Flugrichtung weisende Flächen erfahren einen höheren Druck als die Umgebung, und rückwärts gerichtete Flächen erfahren einen geringeren Druck (dh Sog). Insgesamt nimmt der Wellenwiderstand ohne Auftrieb mit dem Quadrat des Dickenverhältnisses zu, sodass in Überschallflügeln kein Platz für den kräftigen Holm ist, den ein Flügel mit hohem Seitenverhältnis erfordern würde.

Warum verliert die Streckung eines Flügels bei Überschallgeschwindigkeit an Bedeutung?
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