Welche Vor- und Nachteile hat ein Schrägflügel gegenüber einem Schwenkflügel?

Der Schrägflügel und der Schwenkflügel zielen darauf ab, den Luftwiderstand über einen weiten Geschwindigkeitsbereich zu verringern, indem sie die Flügelpfeilung ändern. Während der Schwenkflügel dazu einen Teil des Flügels dreht, dreht der Schrägflügel den ganzen Flügel.

Das erste Serienflugzeug mit variablen Pfeilflügeln war die F111 Aardvark , während die berühmteste die F-14 Tomcat ist .

^{„ F-14 Tomcat Prototypen im Flug um 1972 “ von der US Navy – US Navy National Museum of Naval Aviation Foto Nr. 2011.003.301.027. Lizenziert unter Public Domain via Commons .}

Das einzige Flugzeug in voller Größe, das mit einem schrägen oder schwenkbaren Flügel hergestellt wurde, war jedoch die NASA AD-1 , die ein reines Versuchsflugzeug war.

^{„ AD-1 ObliqueWing 60deg 19800701 “ von der NASA – http://www1.dfrc.nasa.gov/Gallery/Photo/AD-1/HTML/ECN-15846.html . Lizenziert unter Public Domain via Commons .}

Ein Vergleich zwischen den beiden kann wie folgt angestellt werden:

1. Aerodynamik: Der schräge Flügel ist im Vergleich zum Schwenkflügel aerodynamisch viel raffinierter und hatte einen geringeren Luftwiderstand. Tatsächlich wurde der AD-1 so konzipiert, dass er für alle Flugregime so nah wie möglich am Optimum liegt. Außerdem wurde das Flugzeug so konstruiert, dass es eine elliptische Auftriebsverteilung aufweist, um den induzierten Luftwiderstand zu verringern. Andererseits bot das Flugzeug mit variabler Geometrie keine signifikanten Vorteile gegenüber Starrflügel-Basisflugzeugen.

Der asymmetrische Strömungsabriss des Schrägflügelflugzeugs würde jedoch Probleme verursachen, da eine Seite des Flügels nach vorne und die andere Seite nach hinten gekehrt wird.

2. Struktur: Das Scharnier war wohl das kritischste Strukturteil in Flugzeugen mit variablem Kehrflügel. Das Scharnier soll nicht nur eine sehr hohe Zuverlässigkeit aufweisen, sondern auch die hohen aerodynamischen Belastungen aufnehmen können.

^{„ Tornado Variable Sweep Wing Manching “ von Sovxx – Eigene Arbeit. Lizensiert unter CC BY-SA 3.0 via Commons .}

In diesem Fall sind die Schwenkflügelflugzeuge besser dran als die Schrägflügelflugzeuge, da die Belastung des Scharniers deutlich geringer ist.

Beispielsweise muss das Schrägflügelscharnier nicht nur das Gewicht des gesamten Flugzeugflügels aufnehmen (das Schwenkflügelflugzeug dreht typischerweise nur einen Teil des Flügels), sondern auch die gesamte Treibstofflast (die Menge an Treibstoff, die in dem variablen Teil transportiert wird des Flügels ist deutlich kleiner). Außerdem sollte das Scharnier auch die Last des Steuerungssystems aufnehmen.

3. Handling und Steuerung: Das Handling der Swingwing-Flugzeuge wurde im Laufe der Zeit dem Flächenflugzeug angenähert. Die Handhabungsqualitäten von AD-1 erwiesen sich jedoch als schlecht, mit ungewöhnlichen Trimmanforderungen und Trägheitskopplung, die sich negativ auf das Flugzeug auswirkten .

Zum Beispiel benötigte der AD-1 etwa 10 ° Querneigung, um das Flugzeug bei 60 ° Flügelschwenkung ohne Seitenschlupf zu trimmen. Das Flugzeug erfuhr auch eine Nick-Roll-Kopplung und die damit verbundenen aeroelastischen Effekte, die zu unangenehmen Handhabungsqualitäten über 45 Grad Schwenkung führten .

Ein Vorteil des Schrägflügelflugzeugs besteht darin, dass sich der Auftriebs- und Massenmittelpunkt nicht bewegt, wenn die Flügel überstrichen werden. Dies geschieht bei Schwenkflügelflugzeugen und das Steuersystem ist kompliziert

4. Triebwerk und Nutzlast Bei Schwenkflügelflugzeugen können die Triebwerke im Rumpf (wie F-14) oder im (festen Teil des) Flügels selbst (wie B-1) montiert werden. Im Fall des Schrägflügelflugzeugs ist es praktisch ausgeschlossen, die Triebwerke irgendwo anders als im Rumpf anzuordnen.

Bei Militärflugzeugen ist die Verwendung von Hardpoints im variablen Punkt des Flügels begrenzt (zum einen erhöht dies die Belastung des Scharniers). Dies ist ein viel ernsteres Problem für Schrägflügelflugzeuge, da dies die Nutzlast begrenzt, die getragen werden könnte.

Der Hauptgrund für die mangelnde Weiterentwicklung von Schrägflügelflugzeugen sind jedoch ihre ungewöhnlichen und unangenehmen Steuereigenschaften.

Vorteile eines Schrägflügels gegenüber Schwenkflügeln:

• Geringer Wellenwiderstand durch günstige Volumenverteilung über die Länge.
• Geringere Strukturmasse. Das Scharnier eines Schwenkflügels ist schwer!
• Keine Verschiebung des Auftriebszentrums (wenn der Sweep-Winkel größer als der Mach-Winkel ist). Ein Schwenkflügel erfährt eine starke Verschiebung des Auftriebszentrums.

Nachteile eines Schrägflügels gegenüber einem Schwenkflügel:

• Ein Flügel ist nach vorne gepfeilt, der andere nach hinten. Im Geradeausflug ist das kein Problem, aber beim Manövrieren verhält es sich merkwürdig, weil die Achsen seines Trägheitssystems nicht mit der Flugrichtung ausgerichtet sind.
• Aeroelastizität: Die Böenreaktion beim Schrägflug beinhaltet eine Rollantwort, da sich der nach vorne gepfeilte Flügel in einer positiven Böe zu einem höheren Anstellwinkel verdreht und den Auftrieb erhöht, während sich der nach hinten gepfeilte Flügel zu einem niedrigeren Anstellwinkel verdreht (aeroelastisch). Auswaschung).
• Die Integration von Flügel und Flugzeugzelle ist komplex, und der Flügel muss sich oben auf dem Rumpf befinden (es sei denn, Sie haben einen Nurflügler; dann ist der Nachteil ein wirklich geringes Nutzlastvolumen). Der Schwenkflügel benötigt viel Platz für Scharnier, Holmdurchführung und Betätigung, kann aber beliebig platziert werden.

Beachten Sie, dass alle anderen Effekte, die den nach vorne gepfeilten Flügel plagen , auch hier gelten, aber nur auf einer Seite. Der Effekt der Grenzschichtverdickung tritt nur auf der nach hinten gekehrten Seite auf, sodass eine Änderung des Anstellwinkels bereits ein rollendes Moment erzeugt. Der Schrägflügel verhält sich nur dann normal, wenn er auf einen Schwenkwinkel von 0° eingestellt ist.

Der schräge Flügel wurde als noch ein weiterer Weg untersucht, um die Geschwindigkeitshüllkurve zu verbessern und/oder bei höherer Fluggeschwindigkeit effizienter zu fliegen. Es war für Langstrecken-Cruising-Anwendungen gedacht, konnte sich aber nie gegen das durchsetzen, was allgemein in modernen Designs zu sehen ist, der Änderung der Wölbung.

Es ist ehrlich gesagt überraschend, dass selbst rudimentäre Vorflügel noch nicht den Weg in die Mainstream-Anwendung für Freizeitflugzeuge gefunden haben, da sie in Kombination mit Landeklappen einen enormen Auftrieb erzeugen und sehr niedrige Start- und Landegeschwindigkeiten ermöglichen. Der Fiesler Fi 156 Storch war wahrscheinlich eines der besten Beispiele für ein erfolgreiches Leichtflugzeugdesign mit Vorflügeln. Vorflügel zusammen mit geschlitzten "Doppelflügel"-Klappen machen den Storch zu einem herausragenden STOL-Flugzeug, das einziehbar wäre, würde eine bessere Reiseleistung ermöglichen, wie es bei Verkehrsflugzeugen der Fall ist.

Die Änderung der Flügelgeometrie, wie sie beim B1-Bomber zu sehen ist, ist immer noch nützlich bei der Anwendung, um einen breiteren Bereich von HÖHEN für Hochgeschwindigkeitskreuzfahrten bereitzustellen. Der B1 kann mit ausgefahrenen Flügeln hoch oder mit zurückgezogenen Flügeln tief gehen. Die Überlebensfähigkeit in diesen Zeiten begünstigt den Abstieg.

Das schräge Konzept verbesserte die Reiseeffizienz bei hohen Geschwindigkeiten, fand aber nie eine Anwendungsnische, in der es eindeutig besser war, als den Sturz zu ändern oder beide Flügel nach hinten zu kehren. Es hat sich nicht verkauft.

Es gibt eine Möglichkeit, die von Interesse sein könnte. Das würde bedeuten, den Flügel VOLLSTÄNDIG parallel zum Rumpf zu drehen und nur auf dem Heck und der Ente zu fliegen. In den Tagen des Segelns wurde bei starkem Wind das Großsegel fallen gelassen und nur das Vorder- und Hintersegel verwendet. Dies wurde als Segeln "Fock und Jigger" bezeichnet.

Die reduzierte Flügelfläche würde den Auftrieb und den Luftwiderstand erheblich verringern und viel höhere, möglicherweise Überschallgeschwindigkeiten ermöglichen.