Was ist der optimale Flügelschwenkwinkel für ein Passagierflugzeug?

Im Allgemeinen macht Sweep den Flügel weniger effizient bei der Erzeugung von Auftrieb und verkompliziert das strukturelle Design. Daher versuchen Flugzeugkonstrukteure, so wenig Sweep wie möglich zu verwenden. Sweep verzögert jedoch das Einsetzen von Kompressibilitätseffekten und ermöglicht es Düsenflugzeugen, ihre maximale Transportleistung (das Produkt aus Geschwindigkeit und Nutzlast) zu verbessern.

Vorwärts- und Rückwärtsschwung helfen beide, schneller zu fliegen, aber Rückwärtsschwung wird bevorzugt, weil er das Abwürgen weniger gefährlich macht ( wenn er richtig konstruiert ist), die Richtungsstabilität verbessert und es ermöglicht, den Flügel leichter zu machen. Die kürzeste Startstrecke wird mit Zero Sweep erreicht - wenn es nicht notwendig wäre, Kompressibilitätseffekte zu begrenzen, würde Sweep nur in schwanzlosen Flugzeugen verwendet.

Der Hauptfaktor für die Wahl des Wing Sweep ist die gewünschte Machzahl im Reiseflug , und Mach 0,85 ist zum De-facto-Standard geworden. Weitere Faktoren sind:

• Relative Flügeldicke: Ein dickerer Flügel benötigt mehr Sweep, da die Dicke seine eigenen Kompressibilitätseffekte hinzufügt.
• Maximale lokale Machzahl des Profils, bei der die Rekompression stoßfrei ist: Sogenannte überkritische Tragflächen helfen, den Sweep zu reduzieren, und ältere Konstruktionen (vor dem A310) hatten im Allgemeinen mehr Sweep, weil ihre kritische Machzahl bei gleichem Sweep niedriger gewesen wäre.

Vorschriften haben damit nichts zu tun, nur die Technik bestimmt den Schwenkwinkel. Da die Machzahl für Langstreckenflugzeuge quasi auf Mach 0,85 festgelegt ist, ist der Schwenkwinkel verschiedener Flugzeuge sehr ähnlich. Regionaljets fliegen normalerweise etwas langsamer, um die Treibstoffeffizienz zu verbessern, und ihr Schwenkwinkel ist geringer als der ihrer großen Verwandten mit großer Reichweite.

Nein, es gibt keinen bestimmten Pfeilungswinkel, der am besten dazu dient, die Pfeilung des Flugzeugflügels zu verbessern. Dies liegt daran, dass der Sweep NICHT nur zur Verbesserung der Treibstoffeffizienz des Flugzeugs eingeführt wird, sondern die folgenden Faktoren auch von Verkehrsflugzeugen berücksichtigt werden, während sie den Design-Sweep eines Flügels abschließen:

1. Design-Mach-Nummer
2. Welches Maß an Längsstabilität erwartet der Flugzeughersteller von der Tragfläche (Dies würde von der endgültigen Verwendung des Flugzeugs abhängen)
3. Wie viel Teil der Längsstabilität erwartet der Hersteller von der Dieder und den Rest von der Pfeilung nach hinten.
4. Ist die Herstellung eines solchen Sweep-Back- (und Dieder-) Flügels machbar genug, und wenn nicht, welche zusätzlichen Ressourcen müssen investiert werden, um dies herzustellen?
5. Welche Art von Kontrollsystem (Fly by Wire oder nicht) wird verwendet?

Nach der Optimierung aller oben genannten Faktoren (und der Treibstoffeffizienz) wird das Flugzeug unter CFD modelliert, um Ergebnisse zu erhalten, und dann wird entschieden, welcher Sweep zurück verwendet werden soll

Jan und Peter haben recht, hier noch ein bisschen mehr Hintergrund.

Lange bevor der Luftstrom über einer Flugzeugzelle und der Flügelstruktur vollständig mit CFD modelliert werden konnte, war die Beziehung zwischen Flügelschwenkung und Machzahl bei Reisegeschwindigkeit und Höhe mit einer Genauigkeit von wenigen Grad Schwenkung bekannt. Dies bedeutete, dass die ersten Düsenflugzeuge mit Pfeilflügeln (Boeing 707-Serie und Douglas DC-8-Serie) 35 Grad (oder etwas in der Nähe davon) für ihre Flügelschwenkung verwendeten.

Warum wird dieser spezielle Sweep-Winkel immer noch in modernen Designs verwendet? Weil die Triebwerkstechnologie immer noch auf luftatmenden Unterschall-Gasturbinen basiert, und so sind die Reisegeschwindigkeiten und glücklichsten Höhen für die Reise mit Turbinenantrieb heute ungefähr gleich (550 MPH, 35-40.000 Fuß) wie 1958.