Wo ist der beste Schwerpunkt?

Ich entwerfe ein Flugzeug und habe eine Frage. Was ist der beste Ort für den Schwerpunkt im Verhältnis zum Auftriebszentrum? Ich habe gehört, dass es am besten direkt hinter der Mitte des Auftriebs platziert wird, aber ich hätte gerne eine zweite Meinung.

Wo hast du das gehört?
Es hängt davon ab, welche Art von Stabilität das Flugzeug haben soll, siehe verwandte Fragen: Wie funktioniert ein Flugzeugleitwerk? und Gibt es Flugzeugdesigns, die keine Flugfläche beinhalten, die Abtrieb liefert?
Ich würde vermuten, dass es wirklich darauf ankommt, wie der Ladeumschlag aussehen soll. Der Schwerpunkt ändert sich in Abhängigkeit von unterschiedlichen Belastungseigenschaften, daher sollten Sie für einen Belastungsbereich entwerfen.
Ich möchte, dass der Schwerpunkt von vorne nach hinten und von links nach rechts in der Mitte des Auftriebs liegt. Wäre es in Bezug auf die Vertikale besser, den Schwerpunkt oben oder unten am Fahrzeug zu haben? (Dies setzt voraus, dass das Flugzeug gelandet ist und nur zu Orientierungszwecken dort sitzt).

Antworten (1)

Der Schwerpunkt (cg) sollte direkt über oder unter dem Auftriebsmittelpunkt liegen. Andernfalls beginnt das Flugzeug zu kippen und stabilisiert sich nie.

Aber Sie wählen nicht die Position des Schwerpunkts, sondern stellen stattdessen das Zentrum des Auftriebs so ein, dass der Auftrieb entlang der gleichen Achse wirkt wie das Gewicht. Dies wird als Trimmen des Flugzeugs bezeichnet und erfolgt durch Einstellen des Höhenruderausschlags (oder des Anstellwinkels des Stabilisators ). Natürlich sollte man die Schwerpunktlage so wählen, dass der zur Verfügung stehende Höhenruderausschlag nicht nur den Auftriebsschwerpunkt in den Schwerpunkt verlagert, sondern auch genügend Spielraum zum Manövrieren lässt.

Die nächste Bedingung ist die Sicherstellung einer angemessenen natürlichen Stabilität. Sobald die Heckfläche mehr Auftrieb pro Fläche erzeugt als die vordere Fläche, wird das Flugzeug instabil, so dass jede Abweichung des Anstellwinkels vom gewünschten Zustand schnell zunimmt. Daher sollte der Schwerpunkt etwas vor dem neutralen Punkt des Flugzeugs platziert werden. Der neutrale Punkt ist der Schwerpunkt, an dem Änderungen des Anstellwinkels keine Änderung des Nickmoments bewirken . Der Neutralpunkt eines einzelnen Flügels liegt in der Nähe seines Viertelsehnenpunkts (er bewegt sich vom Viertelsehnenpunkt mit abnehmendem Seitenverhältnis nach vorne), und der Neutralpunkt des gesamten Flugzeugs ist der Mittelwert der Neutralpunkte aller Komponenten, angepasst an ihre Steigung der Hebekurve.

Eine gute erste Position für den Schwerpunkt ist der Viertelsehnenpunkt des Flügels. Dadurch wird sichergestellt, dass die Leitwerksfläche nur leicht belastet wird, aber es kann sein, dass die Stabilität an dieser Position nicht zufriedenstellend ist. Um die Stabilität zu erhöhen (und die Pitch-Agilität zu verringern), verschieben Sie den Schwerpunkt weiter nach vorne und umgekehrt. Wenn Sie das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand des Flugzeugs optimieren (und den Trimmwiderstand minimieren möchten ), wählen Sie die am weitesten hinten liegende Schwerpunktposition mit noch akzeptabler Stabilität.

GA-Flugzeuge sind normalerweise sehr stabil und ihre Schwerpunktposition kann sogar nahe an der Vorderkante des Flügels liegen. Details richten sich nach Heckgröße, Streckung aller Flächen und der gewünschten Wendigkeit.

Deine erste Aussage ist NICHT richtig. Der Auftriebsmittelpunkt liegt bei einem normalen Flug normalerweise hinter dem Schwerpunkt, selbst wenn die Flugzeugneigung zunimmt. Das Flugzeug ist aufgrund eines Leitwerks stabil, das dem Moment entgegenwirkt, das durch den Auftrieb erzeugt wird, der am CP um den Schwerpunkt herum wirkt. Das Trimmen wirkt sich nicht direkt auf CP aus, da es die Flügelparameter nicht verändert. Der anfängliche Grund ist eine Änderung des Leitwerksmoments, und die Änderung der Flügel-AoA ist die Folge. Dann bewegt sich CP wirklich (aber nicht für irgendein Tragflügel - nicht für einen symmetrischen), und die Summe der Momente ändert sich wieder.
Wenn es so wäre, wie Sie es beschrieben haben, würde das Flugzeug überhaupt kein Höhenleitwerk benötigen. Alle Steuerung wäre mit Querrudern möglich (symmetrische Bewegung zum Steigen/Sinken, asymmetrische Bewegung zum Rollen). Aber diese Art von Flugzeug wäre dramatisch instabil, weil es sich um ein typisches instabiles Gleichgewicht handelt: Jede Störung wird eine weitere zunehmende Veränderung in die gleiche Richtung verursachen. Für ein Fly-by-Wire-Kampfflugzeug kann es wahrscheinlich gut sein, aber nicht für ein ziviles Flugzeug, das sehr stabil sein sollte.
@avtomaton: Bitte beachten Sie, dass Ihr Verständnis des Druckzentrums möglicherweise falsch ist. Und hören Sie auf, andere mit falschem Wissen einzuschüchtern.
Eigentlich ist Ihre Antwort die erste Quelle, in der ich CP der gesamten Flugzeugüberlegung anstelle von Flügeln und einem Höhenleitwerk sehe. Könnten Sie bitte einige Referenzen mit dieser Terminologie teilen? Ich beziehe mich auf herkömmliche Schulungsbücher (ATPL-Bücher von Jeppesen, Oxford und Bristol), Flugzeugaerodynamikbücher und einige Internetquellen wie skybrary, avstop.com, flightlearnings.com. Die meisten von ihnen betrachten CP und aerodynamisches Zentrum des Flugzeugs als CP/AC der Flügel, wenn wir über Terminologie sprechen.
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