Wie erkennt man das horizontale Winglet im Horten-Design oder den experimentellen Gleiter in diesem Video?

Sie können nicht von der Planform allein.

Erstens sind Winglets keine magischen Mittel. Wenn man den Flügel mit glockenförmiger Auftriebsverteilung nennt, versucht einer mit horizontalen Winglets, auf der Mystik herumzureiten, die das NASA-Marketing um das Winglet geschaffen hat. Aber die Physik dahinter ist eher banal und der Schub, der durch den Außenflügel erzeugt wird, ist ein bisschen Rache für die höheren Verluste in der Mitte der Spannweite durch einen steilen Auftriebsgradienten über der Spannweite.

Als nächstes erzeugen alle Flügel Schub, wenn Sie ihn eng genug definieren. Dies kommt von der Sogkraft an der vorderen Oberseite des Flügels und wird Vorderkantenschub genannt .

Der induzierte Luftwiderstand ist die Rückwärtsneigung der aerodynamischen Kräfte und wird durch die Auftriebserzeugung verursacht. Mit der elliptischen Verteilung über die Spannweite kann der geringste Luftwiderstand für einen gegebenen Auftrieb und eine gegebene Spannweite erreicht werden . Die glockenförmige Verteilung erzeugt mehr Luftwiderstand bei gleichem Auftrieb und gleicher Spannweite, da sie in der Mitte der Spannweite höhere Auftriebsgradienten in Spannweitenrichtung aufweist.

Was macht das Ende dieses Flügels zu einem Winglet?

Das ist Definitionssache. Im sogenannten Winglet-Bereich tragen die Flügelspitzen nur wenig positiven oder sogar negativen Auftrieb. Wie bei einem Winglet verleiht dies dem lokalen Auftrieb eine Vorwärtskomponente, die wie das Gegenteil des induzierten Widerstands wirkt. Nennen Sie es induzierten Schub, wenn Sie wollen: Das haben Winglets und die negativ geladene Flügelspitze gemeinsam. Dies wiederum wird durch Flügelverwindung und lokale Ruderauslenkung verursacht. Aus der Draufsicht ist nicht ersichtlich, wie sich der Auftrieb über die Spannweite verteilt.

Aber die glockenförmige Auftriebsverteilung hat einige interessante Vorteile:

• Da der meiste Auftrieb nahe der Flügelwurzel erzeugt wird, kann das Biegemoment des Holms für eine gegebene Auftriebsmenge niedrig gehalten werden. Dies ermöglicht eine leichte Flügelstruktur und ist besonders wichtig für große Flugzeuge .
• Mit Querruderausschlag wird die Auftriebsverteilung auf dem aufsteigenden Flügel nahezu elliptisch, während die auf dem abwärts gehenden Flügel noch schlechter wird, was den induzierten Widerstand dort erheblich erhöht. Dies reduziert nachteiliges Gieren, so dass kein Seitenleitwerk benötigt wird.

Klingt toll, oder?

Eigentlich nein, bei genauerem Hinsehen nicht:

• Aufgrund des niedrigen maximalen Auftriebskoeffizienten von Nurflügeln muss die Flügeloberfläche eines Nurflügels viel höher sein als die einer herkömmlichen Konfiguration mit derselben Landegeschwindigkeit, bei der eine Leitwerksfläche die Verwendung von leistungsstarken Hinterkantenklappen ermöglicht , wodurch das Flügelgewicht erhöht wird und stark ziehen.
• Die glockenförmige Auftriebsverteilung ist wie ein ständiges Fliegen mit halb ausgefahrenen Spoilern . Querruderausschlag fährt den Spoiler am aufsteigenden Flügel ein und fährt ihn am abwärts gehenden Flügel vollständig aus. Ähnlich wie die geteilten Querruder der B-2. Ich denke, es ist besser, Spoiler nur während des Manövrierens zu verwenden. Außerdem waren die Horten-Nurflügel alle für eine geringe Richtungsstabilität bekannt, insbesondere bei hoher Geschwindigkeit, wenn der Sweep nicht viel half. Es war zu wenig, um den unsymmetrischen Schub überhaupt auszugleichen . Eine Finne oder zusätzliche künstliche Stabilisierung wäre sehr ratsam.

Ich habe hier mehrere Posts und bissige Kommentare, die die Funktion von Winglets genau so beschreiben, wie sie in diesem Video beschrieben wird; Das heißt, sie nutzen die Zirkulation um die Spitze, um Schub zu erzeugen (wie Segel auf einem Boot, weshalb sie ursprünglich "Spitzensegel" genannt wurden). Fast alle Beschreibungen sprechen vage darüber, wie sie den induzierten Widerstand verringern. Dies ist das erste Mal seit langer Zeit, dass ich es so klar erklärt sehe, und es ist großartig zu sehen.

Wie auch immer, wenn man bedenkt, dass ein Winglet eine Flugfläche ist, die Schub aus der Spitzenzirkulation erzeugt, haben sie hier einfach eine flache Spitzenverlängerung mit eingestelltem Einfallswinkel (mehr Nase nach unten als eine normale Flügelspitze) gemacht, um die gleiche Zirkulation zu nutzen früher in der kreisförmigen Bewegung der Strömung (um 9 Uhr statt um 12 könnte man sagen). Diese Platzierung scheint eine viel stärkere Schubkomponente aus dem Wirbel zu erzeugen als ein vertikales Winglet, so stark, dass es ausreicht, um den erhöhten Widerstand des nahe gelegenen unteren Querruders vollständig aufzuheben.

Das bedeutet, dass die Eliminierung des ungünstigen Gierens auf diese Weise zusammen mit der Pfeilung nach hinten, die eine natürliche Wetterfahnentendenz bietet, es Ihnen ermöglicht, vollständig auf Ruder zu verzichten.

Der Umgang mit asymmetrischem Triebwerksschub ist eine weitere Aufgabe von Rudern, die hier nicht angesprochen wird, und ein mehrmotoriges Flugzeug würde immer noch eine Art asymmetrische Schubkompensationsvorrichtung benötigen, aber abgesehen davon scheint es brillant zu sein.

Wenn man sich das Bild des Segelflugzeugs ansieht, deutet die Ausrichtung der Scharniere darauf hin, dass die Winglets die Richtungskontrolle übernehmen und sowohl das Seitenruder als auch die Querruder ersetzen sollten. Das ursprüngliche Horten-Flugzeug hatte Spoiler, um die gleiche Rolle wie das Ruder in einem konventionellen Design zu spielen.

Großartige Arbeit des NASA-Teams und eine interessante Denkweise in 3 Dimensionen.

Ein Blick auf die Anatomie von Vogelflügeln zeigt, wie sie den Auftrieb verringern und den Luftwiderstand auf derselben Seite erhöhen: indem sie ihr "Handgelenk" verwenden, um die Vorderkante der Flügelspitze nach unten zu schwenken. Sie können dies tun, indem Sie Ihren Arm ausstrecken und Ihr Handgelenk rollen. Herkömmliche Flugzeuge benötigen Ruder, um dem "nachteiligen Gieren" entgegenzuwirken, das durch nach unten gerichtetes Querruder (höherer AOA, höherer Auftrieb) auf der gegenüberliegenden Seite der Kurve erzeugt wird. Dies ist die "koordinierte" Wendung. Ein Spoiler auf der gleichen Seite ist "vogelartiger" und kann auf dem ehrwürdigen B52 gefunden werden.

Aber bevor wir unsere vertikalen Stabilisatoren und Ruder wegwerfen, ist es sehr wichtig, die Seitenwindleistung zu studieren. Ein V-Flugzeug, das vom Wind wegrollt und von einer starken Böe seitlich weggeblasen wird. Eine "Wetterfahnen"-Bewegung des Hecks beschleunigt den Leeflügel und hilft, das Rollen zu mildern. Vögel mildern das Seitenwindrollen, indem sie ihre Flügelspitzen (wiederum das Handgelenk) anhedralen.

Diese Beziehung zwischen V-förmigen Flugzeugen und vertikalen Stabilisatoren wird in Diskussionen über "Dutch Roll" (vertikaler Stabilisator zu klein) und Spiralinstabilität (zu groß) ausgedrückt. Dies mag der Grund dafür sein, dass die B52 ihre reduziert, aber nicht eliminiert hat.

Vielleicht haben sie Winglets als Teil ihrer Design-Iteration ausprobiert und sich dann entschieden, sie wegzulassen oder sie nach unten zu biegen, um eine größere Flügelspannweite zu erhalten.

"Horizontales Winglet" scheint ein Begriff zu sein, der in Windkanalstudien verwendet wird, um anzuzeigen, dass "die Winglets nach unten gebogen sind" im Gegensatz zu 60-Grad-Winglets usw.

Die Schwierigkeit bei diesen "horizontalen Winglets" besteht darin, dass Sie im Wesentlichen einen anderen Flügel als den haben, mit dem Sie begonnen haben, einen mit einer längeren Spannweite. Das ist in etwa so, als würde man sich selbst betrügen.

Es gibt also keine Winglets im gegebenen Design. Sie haben nur die Spannweite erhöht und nennen dies "horizontale Winglets", was eine falsche Bezeichnung ist.

Und ich denke auch, dass ihre Erklärung in Bezug auf den von den Winglets erzeugten Schub falsch ist.

Ich habe es genossen, all diese Beiträge zu lesen.

Ich nehme an, dass viele dieses Papier gelesen haben, aber wenn nicht, kann man es hier genießen und hilfreich finden.

Ein Freund teilte mir diesen NASA Technical Report 2016 mit, und ich landete später bei diesem Thread.

• Auf Flügeln des minimal induzierten Widerstands: Spanload-Implikationen für Flugzeuge und Vögel. NASA/TP – 2016–219072

Ludwig Prandtls Auftriebslinientheorie ist seit fast einem Jahrhundert ein Standardwerkzeug zum Verständnis und zur Analyse von Flugzeugflügeln. Das Tool, so Prandtl, weise zunächst auf die elliptische Spannweite als effizienteste Flügelwahl hin und sei auch zum Standard in der Luftfahrt geworden. Da es kein anderes Modell gibt, haben Vogelforscher die elliptische Spannlast praktisch seit ihrer Einführung verwendet. Doch im Laufe des letzten halben Jahrhunderts hat die Vogelflugforschung zunehmend Daten generiert, die nicht mit der elliptischen Spannweite übereinstimmen. 1933 veröffentlichte Prandtl ein wenig bekanntes Papier, in dem er eine überlegene Spanlast vorstellte: Jede andere Lösung erzeugt einen größeren Luftwiderstand. Wir argumentieren, dass diese zweite Spanload das richtige Modell für Vogelflugdaten ist. Basierend auf Forschungsergebnissen präsentieren wir eine vereinheitlichende Theorie für überlegene Effizienz und koordinierte Steuerung in einer einzigen Lösung. Speziell, Prandtls zweiter Spanload bietet die einzige Lösung für drei Aspekte des Vogelflugs: wie Vögel ohne Seitenleitwerk drehen und manövrieren können; warum Vögel in Formation mit überlappenden Flügelspitzen fliegen; und warum schmale Flügelspitzen nicht zu Flügelspitzenabriss führen. Wir haben Forschung mit zwei Versuchsflugzeugen durchgeführt, die gemäß den Grundlagen von Prandtls zweitem Aufsatz konstruiert wurden, aber aktuelle Entwicklungen anwenden, um die verschiedenen Potenziale der neuen Spanload zu validieren, nämlich: als Alternative für Vogelforscher, um das Konzept des Proversen Gierens zu demonstrieren , und um eine neue Methode der Flugzeugsteuerung und -effizienz anzubieten. und warum schmale Flügelspitzen nicht zu Flügelspitzenabriss führen. Wir haben Forschung mit zwei Versuchsflugzeugen durchgeführt, die gemäß den Grundlagen von Prandtls zweitem Aufsatz konstruiert wurden, aber aktuelle Entwicklungen anwenden, um die verschiedenen Potenziale der neuen Spanload zu validieren, nämlich: als Alternative für Vogelforscher, um das Konzept des Proversen Gierens zu demonstrieren , und um eine neue Methode der Flugzeugsteuerung und -effizienz anzubieten. und warum schmale Flügelspitzen nicht zu Flügelspitzenabriss führen. Wir haben Forschung mit zwei Versuchsflugzeugen durchgeführt, die gemäß den Grundlagen von Prandtls zweitem Aufsatz konstruiert wurden, aber aktuelle Entwicklungen anwenden, um die verschiedenen Potenziale der neuen Spanload zu validieren, nämlich: als Alternative für Vogelforscher, um das Konzept des Proversen Gierens zu demonstrieren , und um eine neue Methode der Flugzeugsteuerung und -effizienz anzubieten.