Wie ist es möglich, dass sich die Auslegungskriterien für die Turbulenzintensität fast verdoppelt haben, aber der Manövrierlastfaktor derselbe ist?

https://www.law.cornell.edu/cfr/text/14/25.341

Hier heißt es, dass die für die Zertifizierung verwendete Turbulenzintensität 90 Fuß pro Sekunde beträgt. Früher waren es 50 Fuß pro Sekunde, dieser Abschnitt wurde 1981 hinzugefügt. Seit 1981 haben sich die Kriterien also fast verdoppelt.

Aber wie ist es möglich, dass der maximale Rangierlastfaktor exakt gleich geblieben ist? Ein Flugzeug der Transportkategorie, das nach 1981 entwickelt wurde, kann immer noch keine Kurve von annähernd 8 G ziehen.

Wird die Turbulenzintensität nicht eigentlich als Beschleunigung in fps² ausgedrückt? 90 fps² werden zu 2,79 G berechnet. Die Erdbeschleunigung auf Meereshöhe beträgt etwa 32 fps².
Nein, es ist die Geschwindigkeit der „Böen“ (oder genauer gesagt der scharfen Wirbelstürme), die die Turbulenzen ausmachen. Ein Transportflugzeug, das bei Reisegeschwindigkeit auf einen atmosphärischen Turbulenzbereich mit einer Intensität von über 50 fps trifft, würde wahrscheinlich Beschleunigungen von etwa 3+ G oder „extreme Turbulenzen“ erfahren.
In diesem Fall ist diese Frage ein Duplikat von Aviation.stackexchange.com/questions/87868/… .
Es geht nicht darauf ein, warum das Flugzeug theoretisch Stöße und Erschütterungen im Wert von (z. B. 7-8+ G) bewältigen könnte, aber nicht 7 oder 8 G in einer Kurve oder Schleife. Bei Transportflugzeugen, die vor 1981 konstruiert wurden, war die Diskrepanz geringer, dh; Ein Passagierflugzeug bricht, wenn es eine 4-G-Kurve macht, und bricht, wenn es auf Turbulenzen im Bereich von 4-5 G trifft.
Diese Frage befasst sich auch mit Ihrer Anfrage. Aviation.stackexchange.com/questions/83458/… Die Grenze von 90 fpm gilt für eine momentane Kraft, nicht für eine anhaltende Kraft in einer Kurve. Boeing testete ihre 787-Flügel, indem sie sie bogen, bis sich die Spitzen berührten, und sie brachen nicht.
Meine Frage läuft darauf hinaus; Wie ist es möglich, dass ein Flugzeug sehr hohen Momentankräften, aber nicht sehr hohen Dauerkräften standhält?
@JuanJimenez, nein, die Turbulenzintensität wird als Geschwindigkeitsunterschied in der Windscherung ausgedrückt. Der Turbulenz selbst liegt eine Eigenbeschleunigung zugrunde, eine Beschleunigung entsteht nur durch die plötzliche Änderung der Strömungsverhältnisse um das Flugzeug und den daraus resultierenden aerodynamischen Kräften.
@ItisTiff_93 Es geht nicht um momentane und anhaltende Kräfte (so viel; das Biegen glättet die Spikes ein wenig, was hilft), sondern darum, wie große aerodynamische Kräfte eine plötzliche Windscherung erzeugen kann.
@JanHudec du solltest antworten. Das Konzept ist das gleiche wie bei einem Stoßdämpfer/einer Feder, die Unebenheiten auf der Straße durch Biegung ausgleichen (wobei Biegung im Hinterkopf zu Metallermüdung führen kann). Die Konstruktionskriterien könnten also lang- und kurzfristige Belastungen in jede Richtung umfassen (unter Berücksichtigung von Flatter-/Resonanzfrequenzen)?
@JuanJimenez Ich glaube nicht, dass jemals ein Flugzeug getestet und gezeigt wurde, dass es mit der Flügelbiegung umgeht, bis sich die Flügelspitzen berühren. Möchtest du eine Quelle zitieren, ich bin mir sicher, dass dies eine urbane Legende ist? Die Flügel moderner Verkehrsflugzeuge halten dem Biegen der Flügelspitzen weit über die Rumpfoberseite stand.
@ jpe61 Sicher, sie haben sich berührt, nur nicht sie selbst. :)
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Antworten (2)

Die Turbulenzintensität gilt für die Luft um das Flugzeug herum.
Der Dauerlastfaktor gilt für das Flugzeug selbst.
Das sind Äpfel und Birnen, das eine kann man nicht direkt mit dem anderen vergleichen.

In einem einfachen Modell einer High-G-Kurve bleibt die Luft stationär und das Flugzeug erhöht seinen Auftrieb N-mal. Daher müssen seine Flügel so ausgelegt sein, dass sie eine Last von N * W tragen (mit Ermüdungs- und Sicherheitsfaktoren).

Auch Böen oder Turbulenzen erzeugen Kräfte am Flügel. Aber nicht so viel Kraft, wie erforderlich wäre, um dem Flugzeug die gleiche Beschleunigung wie die scheinbare Beschleunigung der Luft in der Böe zu verleihen. Ein Lüfter, der mit X fps bläst, bringt nicht jedes Objekt im Raum dazu, sich mit X fps zu bewegen.

Eine Böe von 90 fps über eine stationäre flache Platte würde etwa 12 lb/sqft Druck ausüben. Die Flächenbelastung eines modernen Verkehrsflugzeugs liegt zwischen 100 und 140 lb/sqft. Die realen Zahlen werden sehr unterschiedlich sein, da es sich überhaupt nicht um einen statischen Fall handelt und sich als AoA-Änderung mit erhöhtem / verringertem Auftrieb manifestiert. Trotzdem sind es keine zusätzlichen Gs an Kraft, da dies viel mehr Geschwindigkeit erfordern würde.

Was Turbulenzen gefährlich und sehr wahrnehmbar macht, ist die Änderungsrate der Beschleunigung , genannt Ruck, nicht die absolute Beschleunigung. Sein unberechenbares Verhalten trägt auch zu Vibrationen und Ermüdung bei. Die zusätzliche Kraft ist nur ein Bruchteil dessen, was der Flügel normalerweise trägt, aber sein schnelles Einsetzen und Radfahren kann gefährlich sein.

Eine erhöhte Designturbulenzintensität ist eine Voraussetzung, um diese sekundären Faktoren zu berücksichtigen, nicht um mehr statische Festigkeit in das Design einzubauen.

90 fps sind auch ~45 Knoten, was in Kombination mit der Vorwärtsgeschwindigkeit eine ziemlich signifikante Änderung des Anstellwinkels bedeutet. Aber darum geht es bei der Wetterdurchdringungsgeschwindigkeit – wenn der Flügel vor Überlastung stehen bleibt, ist das kein Problem.
Ich bestreite diese Antwort nicht, aber es fällt mir schwer, den Unterschied zwischen der durch Böen induzierten g-Belastung und der durch den Piloten (Autopilot) induzierten g-Belastung zu erkennen. Nach einem Flug bei intensivem Wetter an Bord einer Fülle von unterschiedlichen Achtern können Böen sicherlich intensive G-Lasten in Flugzeugen hervorrufen ...
@ JPEG61 Der Unterschied liegt in der Größenordnung. Böen fühlen sich intensiv an, aber es sind ihre schnellen Intensitätsänderungen, die sie heftig machen. Die tatsächliche Änderung der G-Belastung ist kleiner als das, was in einer Kurve möglich ist.
Also stand die alte Anforderung von 50 Fuß/s im Grunde genommen in keinem Verhältnis zur Lastfaktoranforderung, da sie zu klein war? Ich frage mich immer noch, warum eine sich schnell ändernde Belastung die Flugzeugzelle stärker beansprucht als die gleiche Belastung, die auf kontrolliertere Weise eingeleitet wird 🤔
@ JPEG61 Lasten erzeugen Verschiebung. Die Haut biegt sich um die Nieten in eine Richtung, dann in die entgegengesetzte Richtung. Eine zyklische Belastung von nur einem Bruchteil der Konstruktionsfestigkeit kann in hochbeanspruchten Bereichen zu lokaler Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl führen. Einzelne ruckartige Lasten können lose nicht tragende Teile erschüttern; unter allmählich angelegten Belastungen setzen sie sich einfach.
Ok, jetzt verstanden, macht absolut Sinn. Danke 👍

Meine Frage läuft darauf hinaus, wie ein Flugzeug sehr hohen Momentankräften, aber nicht sehr hohen Dauerkräften standhalten kann.

Ihrer Frage ist zu entnehmen, dass der maximale Rangierlastfaktor gleich geblieben ist und sich die Turbulenzintensität für Auslegungskriterien fast verdoppelt hat.

Wie ist es möglich?

Faserverbundwerkstoffe.

Diese Materialien können wiederholtem Biegen viel besser widerstehen als Metalle. Wenn man sich vorstellen kann, einen Holzstab und ein Aluminiumrohr wiederholt zu biegen, können sich beide unter ähnlicher Belastung dauerhaft verformen, wenn sie "über dem Knie" gebrochen werden, aber der Holzstab ist möglicherweise toleranter gegenüber wiederholtem Biegen, ohne an einer bestimmten Stelle zu versagen Ermüdung.

Es ist diese Überlegenheit moderner Materialien und Bauweisen in Bezug auf Biegung, "Dämpfung" oder "Stoßdämpfung", die möglicherweise zu einer Erhöhung der Turbulenzspannungsgrenzen in Konstruktionskriterien geführt hat, zusammen mit einem besseren Verständnis von Wetterphänomenen wie Mikroexplosionen.

Man könnte auch bedenken, dass ein "Transport"-Flugzeug nicht für extreme Manöver ausgelegt wäre, sondern bei jedem Wetter fliegen müsste. Flexiblere Flügel mit höherem Aspekt (wie bei der 787 zu sehen) wären eher im Design enthalten.

Ihre Antwort scheint zu implizieren, dass die Designkriterien für die Böenintensität erhöht wurden, weil sich die Materialien weiterentwickelt haben. Das ist ursächlich falsch, aber ich vermute, es ist nicht das, was Sie gemeint haben, also würde ich den Wortlaut ändern. Flugzeuge werden immer noch ohne faserverstärkte Verbundwerkstoffe gebaut, obwohl die Konstruktionskriterien anspruchsvoller sind.
@ JPEG61 Die Frage ist "wie ist das möglich". Man könnte auch strukturell auf eine andere Ebene steigen, indem man Materialien hinzufügt oder die Konfiguration ändert. Der letzte Absatz scheint das "Warum" abzudecken. Sie können Ihre Eingabe gerne bearbeiten.
Mein Punkt ist, dass Regeln geändert werden, um die Sicherheit zu gewährleisten, äußerst selten (es fallen mir keine Fälle ein), weil die Technologie Fortschritte macht. Ihr Teil " Wie ist es möglich " würde eine Frage beantworten zu " Wie ist es möglich, dass moderne Flugzeuge der Kraft X standhalten ". Die Frage hier lautet: „ Wie ist es möglich, dass sich Regel Y geändert hat, eine scheinbar zusammenhängende Regel Z jedoch nicht? “
@RobertDiGiovanni Ich würde zustimmen, dass FRC nur eine von vielen Möglichkeiten ist, die Turbulenzbeständigkeit zu verbessern. Andere sind Klebstoffe, Schweißen, besseres Nieten, besseres Testen. Ganzmetallflugzeuge erfüllen die gleichen Anforderungen. Abgesehen von der 787, der A350 und der MC-21 bestehen die meisten derzeit produzierten Flugzeuge hauptsächlich aus Metall.
Wie ist es möglich, dass sich die Auslegungskriterien für die Turbulenzintensität fast verdoppelt haben, aber der Manövrierlastfaktor derselbe ist?
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