Wie unterscheiden sich konventionelle und T-Tails?

Ein T-Tail hat mehr zu bieten:

Aerodynamik:

1. Die Platzierung über der Vertikalen verleiht ihm mehr Hebelwirkung, insbesondere bei einem geschwungenen Heck .
2. Je nach Flügellage bleibt er ungestört im Strömungsabriss. Hinweis: Das hängt wirklich von den Details ab, die HFB-320 hatte einen nach vorne gepfeilten Flügel und ein T-Leitwerk, was einen tiefen Strömungsabriss möglich machte (und in einem Fall tödlich war).
3. Durch die Gestaltung der Verbindung mit dem vertikalen Schacht hat das T-Leitwerk einen geringeren Interferenzwiderstand. Es hilft auch, den Wellenwiderstand zu reduzieren, insbesondere wenn ein gut gestalteter Küchemann-Körper (das runde, lange, stachelige Ding an der Heckverbindung eines Tu-154) verwendet wird, indem die Struktur in Längsrichtung gestreckt wird.
4. Es kann helfen, die Effektivität des vertikalen Leitwerks zu erhöhen, indem die Luft auf beiden Seiten davon getrennt gehalten wird. Am anderen Ende macht das schon der Rumpf, also tut das Hochziehen des Höhenleitwerks dort nicht so weh. Dadurch kann das Heck tiefer gebaut werden.
5. Heckmotoren erzwingen ziemlich genau ein T-Leitwerk, ermöglichen aber, die Flügel sauber zu halten. Vor CFD verursachte die Montage der Motoren am Flügel viele Probleme, was die Ingenieure dazu veranlasste, in ihrem nächsten Design auf Heckmotoren umzusteigen (DC-8 -> DC-9, B707 -> B727).

Struktur:

1. Durch die Masse des Höhenleitwerks an einem langen Hebelarm (= Seitenleitwerk) sinkt die Torsionseigenfrequenz des Rumpfes. Dies wird im Fall von Flattern ein Problem sein .
2. Als Folge des kleineren Seitenleitwerks kann ein T-Leitwerk leichter sein. Beachten Sie, dass die erhöhte Hebelwirkung bedeutet, dass das Höhenleitwerk auch kleiner sein kann. Dies reduziert den Reibungswiderstand und ist der Hauptgrund, warum die meisten modernen Segelflugzeuge T-Leitwerke haben.
3. Allerdings muss jetzt der Rumpf steifer werden, um Flattern zu vermeiden. Während des Flugtests der C-141 wurde festgestellt, dass der antimetrische Flügelbiegemodus gut mit dem Torsions-Eigenmodus des Hecks koppeln würde, was zu einigen beängstigenden Aufnahmen führte . Außerdem ist eine Kopplung zwischen Höhenruderdrehung und horizontaler Hecktorsion erforderlich, um dem Heck einen großzügigen Massenausgleich zu verleihen.
4. Heckmontierte Motoren erfordern auch mehr Rumpfstruktur. Die Boeing 737 war ursprünglich mit Hecktriebwerken geplant, wie die Sud-Aviation Caravelle, die sie ersetzen sollte. Durch die Wahl der finalen Version mit flügelmontierten Triebwerken im Underslung-Design konnte Boeing das Leergewicht der 733-100 um 700 Pfund reduzieren .

Kontrolle:

Ein T-Leitwerk erzeugt im Seitenschlupf ein starkes Nickmoment mit der Nase nach unten.

Ohne das Flattern und Absenken wären T-Tails weiter verbreitet ...

Dazu gibt es eine Menge, und ich bin kein Flugzeugingenieur. Wenn es also andere Antworten gibt, werde ich diese gerne löschen. Wie auch immer, nach dem, was mir gesagt wurde:

Das T-Leitwerk hält die Höhenruder aus der gestörten Luft der Tragflächen, der Propeller und (normalerweise des größten Teils) des Rumpfs, was Ihnen eine bessere Höhenruderautorität verleiht und einen Heckstillstand weniger wahrscheinlich macht.

Es hat jedoch einige Nachteile, wenn Sie die Höhenruder während eines Strömungsabrisses direkt in die (turbulente) getrennte Strömung von den Flügeln bringen, können Sie in einen (mehr oder weniger) nicht behebbaren tiefen Strömungsabriss versetzen .

(Bild aus dem verlinkten Wikipedia-Artikel)

Die Überlegungen in der Antwort des Rehs sind völlig richtig, aber es könnten andere Faktoren berücksichtigt werden.

Erstens führt die Verwendung eines konventionellen Leitwerks dazu, dass der Luftstrom über das Leitwerk durch den Hauptflügel und/oder die Triebwerke und/oder den Rumpf gestört werden könnte. Der durch den Hauptflügel auf die Strömung induzierte Abwind wird jedoch (für die Reiseflugbedingungen) bei der Gestaltung des Hecks berücksichtigt, um einige negative Aspekte der Wechselwirkung zwischen dem Hauptflügel und dem Heck zu reduzieren.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen diesen beiden Konfigurationen betrifft die Stabilität. Wie ich bereits in dieser Antwort erklärt habe , wird das Heck verwendet, um einen gewissen Auftrieb zu erzeugen, der erforderlich ist, um die Trimmverhältnisse zu erfüllen. In Bezug auf die "vertikale" Kraftgleichgewichtsgleichung gibt es keinen wirklichen Unterschied zwischen den beiden Konfigurationen, aber es gibt einen großen für das Momentengleichgewicht.

Unter der Annahme, dass beide Konfigurationen den gleichen Auftrieb erzeugen (dies ist aufgrund des "vertikalen" Kräftegleichgewichts relevant), wird Sie eine schnelle Skizze davon überzeugen, dass sowohl der Winkel als auch der Hebelarm unterschiedlich sind. Die Schlussfolgerung dieser Studie kann nicht ohne ein konkretes Beispiel gezogen werden, aber ich hoffe, es ist Ihnen klar, dass die Stabilität wirklich von der Wahl des Hecks beeinflusst wird.

Aus struktureller Sicht ist es beim Überschallflug (oder sogar Überschall) nicht gut, eine T-Leitwerkkonfiguration zu haben, da dies normalerweise ein Flattern am Leitwerk verursacht.

Schließlich, auf einem niedrigeren Niveau, aber immer noch ein Unterschied, erhöht die Verwendung eines T-Leitwerks die Nachströmung (im Vergleich zu einer herkömmlichen Konfiguration, bei der sich das Leitwerk fast im Kielwasser der Hauptflügel und des Rumpfes befindet) hinter Ihrem Flugzeug und damit den Luftwiderstand zu überwinden ist größer.

Ein T-Heck hat strukturelle und aerodynamische Designkonsequenzen. Die strukturellen Überlegungen sind natürlich das erhöhte Gewicht des vertikalen Leitwerks, da es nun die Kräfte und Momente am horizontalen Leitwerk aufnehmen muss, einschließlich einer Verstärkung für das Flattern. Das vertikale Leitwerk kann aufgrund des Endplatteneffekts des horizontalen Leitwerks kürzer sein, und der Momentarm zum CoG ist länger - jedoch reduzieren diese Effekte für die meisten Flugzeuge mit höherer Unterschallgeschwindigkeit lediglich den Gewichtsnachteil.

Das T-Leitwerk bleibt länger außerhalb des Bodeneffekts als der Hauptflügel. Bei Annäherung an den Boden verursacht die Erhöhung des Flügelauftriebs ein automatisches Aufflackern: Das Flugzeug landet selbst. Von der Wikipedia-Seite der Handley Page Victor:

Eine ungewöhnliche Flugeigenschaft des frühen Victor war seine Selbstlandefähigkeit; Einmal auf der Landebahn ausgerichtet, würde das Flugzeug natürlich aufflackern, wenn der Flügel in den Bodeneffekt eintritt, während das Heck weiter sinkt, was eine gedämpfte Landung ohne Befehl oder Eingriff des Piloten ermöglicht.

Die aerodynamischen Folgen eines T-Leitwerks haben am meisten mit Stabilität und Kontrolle beim Stall- und Post-Stall-Verhalten zu tun und können schwerwiegend sein. Die Fokker 28 und F100 hatten Knüppelschieber, die auf die Erkennung eines hohen Anstellwinkels reagierten und es so gut wie unmöglich machten, die Säulen in achterlicher Position zu halten. Grund dafür ist die Umkehrung der$C_M$-$\alpha$Neigung der T-Schwänze, wie unten abgebildet.

• Graph A gilt für eine Schwanzhöhe von 2 * MAC
• Diagramm B für 1 * MAC
• Diagramm C für dieselbe Höhe wie MAC

Das Flugzeug ist aerodynamisch stabil, wenn die$C_M$-$\alpha$Die Steigung ist negativ, wie in den Fällen B und C. Bei Konfiguration A wird die Steigung nach dem Strömungsabriss positiv, was bedeutet, dass die Nase nach Erreichen des Strömungsabrisses nach oben steigen möchte - keine gute Situation.

Die Stallgeschwindigkeit muss während der Zertifizierung nachgewiesen werden, und die sichere Erholung aus einem Stall ist eine Anforderung. Ein Knüppelschieber verhindert, dass das Flugzeug in den Deepstall-Bereich eindringt.