Warum werden Propellerflugzeuge üblicherweise mit einer höheren Flügelstreckung und einem geraderen Flügelwinkel gebaut?

Warum haben Propellerflugzeuge (insbesondere kleinere wie Jäger) tendenziell einen schmaleren Flügel mit einer höheren Streckung und einem senkrechteren Flügelwinkel in Bezug auf den Körper, während strahlgetriebene Flugzeuge einen breiteren Flügel mit einer niedrigeren Streckung haben (a mehr "Delta"-Form) und auch abgewinkelter? Hat es etwas mit der Betriebsgeschwindigkeit und der Aerodynamik zu tun?

Beachten Sie, dass viele kleinere Düsenflugzeuge auch gerade Flügel haben (Beispiele: Yak-40, Do 328J, Learjet 25).

Antworten (2)

Geschwindigkeit ist hier der bestimmende Faktor, Aerodynamik natürlich auch.

  1. Geschwindigkeit.
    Propellergetriebene Flugzeuge arbeiten mit niedrigeren Geschwindigkeiten als Düsentriebwerke – Propeller sind effizienter, bis Kompressibilitätseffekte auftreten, und es sind dieselben Kompressibilitätseffekte, die auch die Flügelform beeinflussen. Komprimierbarkeit wie in: Geben Sie der Luft genügend Zeit, sich aus dem Weg zu bewegen und der Flügelkontur zu folgen. Üblicherweise arbeiten Propellerflugzeuge in diesem aerodynamisch fügsamen Geschwindigkeitsbereich.

  2. Aerodynamik.
    Ein Flügel erzeugt Auftrieb, indem er Luft nach unten ablenkt, und ist am effizientesten, wenn eine große Luftmenge etwas abgelenkt wird: Der geringste induzierte Widerstand wird erzeugt. Die Spannweite ist hier also der wichtigste Parameter. Flugzeuge mit niedrigerer Geschwindigkeit strecken ihre Flügel so weit wie möglich gerade aus, ohne große strukturelle Probleme zu verursachen, da die Biegelasten der Flügelwurzeln unkontrollierbar werden.

  3. Aerodynamik bei höherer Geschwindigkeit.
    Sobald Schockwellen auftreten, steigt der Luftwiderstand schnell an. Aber nur die Luft, die senkrecht zur Spannweite strömt, betrifft uns für die Auftriebserzeugung, und deshalb können wir den Flügel in einem Winkel präsentieren und die niedrigere senkrechte Geschwindigkeitskomponente für die Auftriebserzeugung verwenden. Aber gepfeilte Flügel verursachen viel mehr strukturelle Probleme als gerade Flügel, und auch da wir bereits schneller fahren, ist das Argument von mehr Luft bei geringerer Ablenkgeschwindigkeit von geringerer Relevanz. Wir haben hier viel mehr Probleme zu lösen, als nur den induzierten Widerstand zu minimieren.

Torenbeek, Synthesis of Subsonic Airplane Design, Abb. 7-19

Es geht auch nicht nur um Jet vs. Propeller. Es ist ziemlich einfach, Unterschalljets zu finden - frühe Jäger, Trainer, Bizjet - mit einem geraderen und schmaleren Flügel. Beachten Sie auch die verschiedenen "Swing-Wing"-Designs ...
@jamesqf: Die frühen Jets mit geraden Flügeln waren das Ergebnis des Festhaltens an dem, was bekannt ist. Erleben Sie die F-84, die von einem geraden zu einem Pfeilflügel mutierte, als Republic sich mit dem Design von Pfeilflügeln anfreunden konnte.
Ein weiterer Faktor ist die Stabilität: Ein Stummelflügel hat mehr Torsionssteifigkeit und verschiebt die Divergenz schneller. Es geht also wieder um eine höhere Geschwindigkeit für Jets gegenüber Propellern.
@Peter Kämpf: Dann gibt es andere, wie den T-37, die über eine lange Lebensdauer mit geraden Flügeln blieben. Wahrscheinlich, weil es eine relativ niedrige Höchstgeschwindigkeit hatte: en.wikipedia.org/wiki/Cessna_T-37_Tweet
@jamesqf: Ich würde die Cessna T-37 fest zu den frühen Jets zählen. Cessna hatte zu diesem Zeitpunkt keinerlei Erfahrung mit Pfeilflügeln und die Anforderung erforderte sie auch nicht.
@Peter Kämpf: Warum wurden keine Pfeilflügel gefordert? Vielleicht, weil es keine hohe Geschwindigkeit erforderte? Sie sehen dies bei anderen Jets, wie einigen der Citation Business Jets oder dem A-10 Warthog, die mit vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeiten fliegen.

Ja tut es. Die Gründe sind vielfältig und kompliziert, aber ich werde versuchen, sie hier in einfachen Worten kurz zusammenzufassen.

Ein düsengetriebenes Kampfflugzeug muss die Schallmauer mit minimalen negativen Auswirkungen durchbrechen und bei Überschallgeschwindigkeit aerodynamisch vorhersehbar sein. Auch die hohen Belastungen, die mit diesen Aktionen verbunden sind, und denen, die durch Manövrieren mit hohem G verursacht werden, muss es ohne Ausfall überstehen. All diese Dinge sprechen für kurze und scharf geschwungene Flügel, die entweder trapezförmig oder deltaförmig sind.

Ich lade die Experten hier ein, diese Liste zu ergänzen und vielleicht mehr technischen Hintergrund zu bieten.