Welchen Sinn hat es, eine Bedienoberfläche dazu zu bringen, die Rolle mehrerer Bedienoberflächen zu spielen?

Klappen, die sich nur über einen Teil des Flügels erstrecken, werden Auftriebsänderungen hauptsächlich über diesen Teil des Flügels verursachen, was zu einer Auftriebsverteilung über die Spannweite führt, die weit von dem elliptischen Ideal entfernt ist, sobald die Klappe ausgelenkt ist. Daher ist es sinnvoll, die Querruder in die gleiche Richtung zu bewegen, insbesondere wenn es sich bei den Innenklappen um einfache Wölbklappen handelt.

Um einem Flugzeugflügel gefügige Strömungsabrisseigenschaften zu verleihen , sollte die Grundrißform nicht elliptisch sein, sondern an den Flügelspitzen "voller" sein (= mehr lokale Sehnen als die ideale Ellipse haben). Bei einer elliptischen Grundrißform und einer elliptischen Auftriebsverteilung ist der lokale Auftriebsbeiwert über den gesamten Flügel identisch, und Böen können im Langsamflug leicht einen lokalen Strömungsabriss an einem Außenflügel verursachen. Die Folge ist ein unkontrollierbares Rollen, das dem Piloten in Bodennähe den Tag verderben kann. Daher ist es besser, etwas Spielraum zu lassen, indem Sie den lokalen Akkord erhöhen und etwas Auswaschung zu den Spitzen hin hinzufügen.

Jetzt wird dieser Flügel nur bei einem Anstellwinkel eine elliptische Verteilung haben. Ist der Anstellwinkel höher, ist die Auftriebsverteilung voller, ist er niedriger als der „elliptische“ Anstellwinkel, fehlt etwas Auftrieb zu den Spitzen hin. Beide Bedingungen verursachen einen höheren induzierten Widerstand als erforderlich. Klappen helfen, indem sie die lokale Wölbung so einstellen, dass, wenn sie richtig eingestellt sind, die Auftriebsverteilung in Spannweitenrichtung viel näher am elliptischen Ideal liegt als ohne Klappen. Dies erfordert, dass der Klappenplan größere Ausschlagsänderungen in Richtung der Wurzel vornimmt - beobachten Sie, wie alle modernen Hochleistungssegler die Klappeneinstellungen ändern, und Sie werden sehen, was ich meine: Die Flaperons ändern den Ausschlag weniger als die inneren Klappen. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass mehr Spielraum für Querruderausschläge bleibt.

Das ist der Nachteil von kombinierten Rudern: Was für die eine Funktion benötigt wird, steht für die andere Funktion nicht mehr zur Verfügung, weil der maximal nutzbare Auslenkbereich begrenzt ist.

Für die Erbsenzähler: Bitte verstehen Sie den Begriff „elliptische Auftriebsverteilung“ als „elliptische Umlaufverteilung“. Dann ist alles gut.

Mehrere gute Gründe, je nach Design und Absicht des Flugzeugs:

• Mechanische Einfachheit. In Ihrem Fall von "Flaperons" verringert die Tatsache, dass ein einzelner Satz Steuerflächen zwei Dinge tut, die Anzahl der beweglichen Teile des Flugzeugs. Einfach ist am besten; Je einfacher Ihr Flugzeug ist, desto weniger kann schief gehen (und je leichter es ist, und wenn Sie versuchen, etwas vom Boden abzuheben, ist Leichtgewicht auch gut).

• Haltbarkeit. Selbst wenn die mechanische Einfachheit nicht so wichtig ist und das Fahrzeug über unterschiedliche Klappen und Querruder (in mehreren Abschnitten) verfügt, kann das Reagieren der Querruder auf die Klappenposition sowie auf Steuerknüppel- / Steuerkopfeingaben dazu beitragen, die Kräfte über den Flügel zu normalisieren und zu verringern Schermomente entlang des Flügelholms und anderer beanspruchter Abschnitte des Flügels, wodurch das Potenzial für Ermüdung und Versagen verringert wird. Einige Verkehrsflugzeuge, insbesondere Boeing-Designs, haben Heckflügel-Steuerflächen in drei Abschnitten; Am innersten befinden sich ein Satz mehrstufiger Klappen, in der Mitte befinden sich "Innenbord-Querruder", die bei Reisegeschwindigkeit als Querruder fungieren, beim Start / Landen jedoch als Klappen dienen, und dann die "Außenbord-Querruder", die nur bei niedriger Geschwindigkeit verwendet werden.

• Aerodynamik. Jeder Quadratzentimeter Oberfläche des Flugzeugs erhöht den Luftwiderstand. Konstruktionen wie das V-Leitwerk reduzieren die Gesamtfläche, indem eine gesamte Steuerfläche und ein Stabilisator aus dem Leitwerk entfernt werden, wobei die verbleibenden beiden als "Ruder-Vatoren" verwendet werden. Diese Beechcraft V35 ist als sehr effizienter Kreuzer bekannt, besonders in der Höhe (leider haben sie auch einen schlechten Ruf für das Rollverhalten von Eichhörnchen und eine Reihe struktureller Fehler zu Beginn der Produktion, was zu ihrem Spitznamen "Doctor Killers" führte):

  

• Heimlichkeit. Die YF-23, die die ATF-Konkurrenz gegen die spätere F-22 Raptor verlor, verwendete eine ähnliche Ruder-Vator-Konfiguration, da sie den Radarquerschnitt des Flugzeugs im Vergleich zu den parallelen Aufzügen der 22 verringerte. Das resultierende Flugzeug war tatsächlich verstohlener (und schneller) als der Raptor, aber weniger wendig.

  

  Die B-2 Spirit hat offensichtlich überhaupt kein Heck, daher erfüllen die primären Steuerflächen die vierfache Aufgabe als Querruder, Höhenruder, Spoiler/Luftbremsen und Seitenruder (durch Öffnen der Luftbremse auf der einen oder anderen Seite). Das Fahrzeug verfügt über separate Klappensysteme, sodass die primären Steuerflächen nur "Spoilailer-Rudervatoren" sind:

  

• Computersteuerung. Die F-16 wurde aus einer Reihe von Gründen mit "Höhenrudern" anstelle traditioneller Querruder-/Höhenrudersteuerungen konstruiert, wobei einer der Hauptgründe darin bestand, die erforderliche Komplexität des ursprünglichen analogen FLCC der F-16A zu reduzieren. Die einzigen Steuerflächen an den Flügeln selbst sind Hinterkantenklappen, die ebenfalls unter FLCC-Steuerung stehen und in jeder Situation mit hohem AOA ausgefahren werden. Deltaflügelflugzeuge ohne Canards, wie die Mirage 2000, verwenden zwangsläufig Höhenruder (die Rafale und der Eurofighter verwenden Canard-Aufzüge, ergänzen sie jedoch bei hohen Geschwindigkeiten oder AOAs mit den Höhenrudern).

  

Weitere Spekulationen: Weniger Steuerflächen insgesamt bedeuten weniger bewegliche Teile, weniger mechanische Komplexität, weniger Gewicht, möglicherweise weniger Luftwiderstand und so weiter.

Der Nachteil ist, dass das Steuersystem es ermöglichen muss, die kombinierten Steuerflächen auf eine Weise zu steuern, die für einen Piloten sinnvoll ist. Dies kann mechanisch erfolgen, aber insbesondere in Flugzeugen, die ohnehin Fly-by-Wire sind, hat das Kombinieren der Eingaben in Software kein Gewicht oder mechanische Komplexitätskosten.

Segelflugzeugkonstrukteure verwenden häufig Flaperons, weil die Sehne so schmal und die Flügelspannweite so lang ist, dass die Querruder die Länge des Flügels überspannen müssen, um eine ausreichende Rollautorität zu haben. Dies lässt keinen Platz zum Hinzufügen von Klappen, sodass sie in die Querruder integriert sind.

Das ist Spekulation, also gib ihr die Glaubwürdigkeit, die sie verdient....

Wenn die erforderliche Flugzeugleistung vorschreibt, dass Querruder im Wesentlichen die volle Länge des Flügels haben (wie in dem Flugzeug, das Sie sich vorgestellt haben), ist möglicherweise nicht genügend Platz für Klappen, um auch so effektiv wie nötig zu sein. Die Lösung ist also eine Bedienoberfläche, die lang genug ist, um beide Anforderungen zu erfüllen.