Was sind die höchsten aerodynamischen Drücke, die in einem Flugzeug auftreten? Und begrenzt dies die Höchstgeschwindigkeit von Flugzeugen in bestimmten Höhen? Allgemein gesagt: "Wie schnell können Sie [in einer bestimmten Höhe] fahren?"
Wo Staudruck ist:
ist die lokale Luftdichte, und ist wahre Fluggeschwindigkeit.
Ich beschäftige mich hauptsächlich mit Hochleistungsjägern/Bombern. Hier sind einige Daten, die ich ausgewählt habe (Mk-12A und 787 als Referenz hinzugefügt):
# | Airframe | Mach | Speed | Altitude | q (kgf/m^2)
----|---------------|------------|-----------|-------------|------------
1. | Mk-12A | Mach 6.15 | 2,100 m/s | 0 ft | 273,000
2. | Mk-12A | Mach 22.6 | 6,900 m/s | 100,000 ft | 39,300
3. | X-51A | Mach 5.1 | 1,500 m/s | 64,000 ft | 11,100
4. | HTV-2 | Mach 20. | 5,812 m/s | 125,000 ft? | 10,700
5. | F-111 | Mach 1.2 | 410 m/s | 0 ft | 10,400
6. | B-1A | Mach 1.2 | 410 m/s | 0 ft | 10,400
7. | B-1B | Mach 0.9 | 310 m/s | 0 ft | 6,100
8. | X-43A | Mach 9.6 | 3,000 m/s | 109,000 ft | 4,800
9. | Skylon | Mach 5.5 | 1,630 m/s | 85,300 ft | 4,600
10. | SR-72 | Mach 6 | 1,800 m/s | 90,000 ft? | 4,400
11. | Space Shuttle | Mach 1.3? | 400 m/s | 35,000 ft | 3,200?
12. | XB-70 | Mach 3.0 | 880 m/s | 73,000 ft | 2,500
13. | SR-71 | Mach 3.2 | 930 m/s | 78,740 ft | 2,300
14. | Concorde | Mach 2.0 | 600 m/s | 60,000 ft | 2,100
15. | Boeing 787 | Mach .85 | 250 m/s | 35,000 ft | 1,200
Die Flugzeugzellen Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5/6 unterscheiden sich stark voneinander, daher bin ich überrascht, dass sie ungefähr das gleiche Maximum haben . Ist 11.000 kgf/m^2 ein üblicher Grenzwert?
Hinweis: Alle Zahlen gelten für den Horizontalflug mit Ausnahme von Mk-12A (Wiedereintritt), Space Shuttle (Aufstieg) und HTV-2 (Gleitflug).
Etwas Hintergrund und Zweck: Zum Spaß versuche ich, einen schweren Hyperschall-Langstreckenbomber zu entwerfen. Ich war neugierig, was die maximale Geschwindigkeit in niedriger/mittlerer Höhe begrenzen würde: Luftwiderstand (verfügbarer Triebwerksschub), max (Strukturfestigkeit) oder Hauttemperatur (Wärmeschutzsystem) ... aber dazu komme ich in einer anderen Frage.
Ich habe fast alle Tags zu Aerodynamik, Militär, Flugzeugdesign, Flugzeugleistung und Düsentriebwerken durchgelesen und nach Antworten gesucht. (Wirklich, dies ist eine wunderbare Community.) Endlich wurde mir klar, dass ich meine eigene Frage stellen konnte.
Ich habe versucht, der Etikette so gut wie möglich zu folgen, aber ich bin ziemlich neu bei Stack Exchange, also lassen Sie es mich wissen, wenn ich etwas ändern sollte :) Danke!
Erstens unterscheidet Ihre Beispielliste nicht zwischen stationären und instationären Trajektorien. Ein Wiedereintrittsfahrzeug sieht den höchsten dynamischen Druck nur vorübergehend am Ende seiner Fahrt, und aerodynamische Erwärmung kann entweder durch ablative Kühlung oder einen Kühlkörper mit angemessener Größe toleriert werden. Alles, was es aushalten muss, ist der dynamische Druck an der Spitze.
Die ersten Beispiele auf Ihrer Liste, die den gegebenen dynamischen Druck kontinuierlich aushalten müssen, sind die Angriffsflugzeuge B-1B und F-111 in geringer Höhe. Hier wird der dynamische Druck durch Flächenbelastung, Aerodynamik und rohen Schub gegeben, um das Flugzeug mit seiner maximalen Geschwindigkeit in Bewegung zu halten. In großer Höhe kommt die aerodynamische Erwärmung noch hinzu, denn die Staupunktwärme ist unabhängig von der Luftdichte.
Gründe zur Begrenzung des maximalen Staudrucks sind:
Wenn Sie sich die Flugkurve der SR-71 (unten) ansehen, sollte es offensichtlich sein, dass aufgrund der hohen Flächenbelastung (= hoher minimaler Staudruck) und des maximalen Staudrucks in jeder Höhe nur ein schmales Geschwindigkeitsband verfügbar war (in geringer Höhe) bzw. die aerodynamische Heizung (in großer Höhe).
Flughüllkurve SR-71 ( Bildquelle )
War früher Kampfpilot in der F-111 und der F-105. Sie haben die höchste Q-Grenze, auf die ich gestoßen bin oder über die ich gelesen habe. (Für uns hohe Geschwindigkeit an Deck) Diese Grenze liegt bei 810 Knoten/Mach 1,2 unten. Beide Flugzeuge konnten diese Fluggeschwindigkeit aufrechterhalten, ich habe es persönlich in der F105 unter dem Meeresspiegel im Death Valley getan. Anbei sind die Fluggeschwindigkeitsbegrenzungen der Technischen Anordnung:
Ich glaube nicht, dass die B-1B zu diesen Geschwindigkeiten fähig ist, es gab alle möglichen zusätzlichen Limits, die ihr auferlegt wurden. Moderne Kämpfer sind für dieses Regime nicht mehr ausgelegt.
bjb568
Hephaistos Aetnaean
raptortech97
Hephaistos Aetnaean
Koyovis
DiceMaster1018