Sind Canards tatsächlich effizienter?

Nein. Das stimmt in der Praxis nicht.

1. Während das herkömmliche Layout das gesamte Heck in den Abwind des Flügels bringt, fügt ein Canard dem mittleren Flügel einen Abwind und dem äußeren Flügel einen Aufwind hinzu. Dies bedeutet, dass, während das Heck eines konventionellen Layouts weniger Anstellwinkelvariationen aufweist als der Flügel (was gut ist, um ein Abwürgen des Höhenleitwerks zu verhindern), die Up- und Downwash-Variationen mit unterschiedlichem Anstellwinkel die seitliche Auftriebsverteilung am Hauptflügel beeinträchtigen eines Canard-Flugzeugs und erhöhen dessen induzierten Widerstand.
2. Da die Canard-Oberfläche für natürliche Stabilität mit einem höheren Auftriebskoeffizienten fliegen muss als der Flügel, hat sie weniger Spielraum für die Kontrolle. Es ist kein Zufall, dass erfolgreiche Canard-Designs instabil sind. Dies bedeutet auch, dass die große Flügelfläche nicht vollständig für den Auftrieb genutzt werden kann, was verschwenderisch ist und die Start- und Landegeschwindigkeiten erhöht.

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Seit ich ein Kind war, habe ich endlose Artikel darüber gelesen, wie Canards effizienter sind …

Der Grund dafür ist einfach. Für Autoren ist es viel spannender zu behaupten, sie wüssten es besser als alle Experten, als demütig zuzugeben, dass der Stand der Technik unter den gegebenen Umständen wirklich der beste ist. Der Anreiz, Canards vor allem anderen zu loben, ist viel zu verlockend, und die menschliche Psychologie neigt dazu, die Quellen zu bevorzugen, die eine vorgefasste Meinung bestätigen. Am Ende glauben die Autoren wirklich, eine bessere Lösung gefunden zu haben und Evangelisten für eine bessere Welt zu werden, besonders wenn das eigene Verständnis der Materie begrenzt ist.

Insgesamt führt ein Canard nicht zu mehr Effizienz. Seine Aerodynamik ist jedoch komplex und wenig daran ist offensichtlich. So ziemlich jede Aussage kann angefochten werden – und wird oft angefochten.

Ja, ein Canard wird verwendet, um die Nase während des Starts anzuheben und dem Hauptflügel zu helfen, anstatt seine Last zu erhöhen. Da das Abheben der am höchsten belastete und sich am langsamsten bewegende Moment im Flug ist, trägt dies wirklich zur Flächenbelastung und damit zu Größe und Gewicht bei, wodurch die Flugzeugzelle insgesamt effizienter wird.

Aber in einer grundlegenden Anordnung muss die vordere Oberfläche stärker belastet werden als die hintere, damit ein Flugzeug stabil ist. Bei einem Canard wird der Hauptflügel daher unter seiner maximalen Kapazität belastet, was bedeutet, dass er überdimensioniert sein muss und ein Großteil oder die gesamte oben genannte Einsparung verloren geht. Bei einem schwanzlosen Typ muss der Flügel in ähnlicher Weise übergroß gemacht werden, damit die hinteren Flächen als Heck fungieren können (entweder durch Rückwärtskrümmung oder, wenn gepfeilt, Auswaschen der Spitze). Auf der anderen Seite vermeiden natürlich sowohl Canard als auch Tailless die Notwendigkeit eines langen Leitwerks, das hinten heraushängt.

Das Anbringen eines Canards mit hohem Auftrieb, damit der Flügel härter arbeiten kann, führt schließlich zu Sicherheitsproblemen wie dem Abwürgen und Fallenlassen des Flügels, während der Canard noch die Nase hochhält, und dergleichen. Es hat sich im Allgemeinen als zu unsicher erwiesen, um es in Produktion zu bringen.

Der Abwind des Canards neigt auch dazu, den entgegenkommenden Luftstrom für den Flügel durcheinander zu bringen, und dieses Durcheinander ändert sich unter verschiedenen Flugbedingungen wie Geschwindigkeit und Anstellwinkel, sodass der Flügel einen guten Sicherheitsspielraum haben muss, um solche Störungen zu tolerieren. Das bedeutet mehr Ineffizienz.

Canards können jedoch Leistungseffizienz bei hohen Anstellwinkeln bieten, indem sie helfen, den Luftstrom über den Hauptflügel zu steuern, beispielsweise bei einem Luftkampf oder beim Starten und Landen.

In den meisten Situationen verursacht eine Ente mehr Ärger, als sie wert ist, entweder ineffizient oder gefährlich. Aber es gibt Ausnahmen.

Die ersten beiden erfolgreichen menschengetriebenen Flugzeuge, die Gossamer Albatross, die den Kramer-Preis gewann, und die Gossamer Condor, die den Ärmelkanal überquerte, waren beide Canards. Die Störung des Flügels wurde durch die niedrige Reynolds-Zahl des Canards bei seiner sehr langsamen Reisegeschwindigkeit stark reduziert. Es wurde auch physisch tiefer gesetzt, so dass der Flügel eher über als durch seinen Abwind fuhr. Nur weil sich der Canard für Segelflugzeuge nicht lohnt, heißt das nicht, dass er für alle Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit von Natur aus ineffizient ist.

Mehrere spätere Varianten und lokale Modifikationen des klassischen schwanzlosen Delta-Jägers Dassault Mirage III wurden durch das Hinzufügen von Canards merklich verbessert. Obwohl im Reiseflug weniger effizient, verbesserte der Canard bei hoher AoA den Luftstrom über den Flügel, um zusätzlichen Auftrieb zu erzeugen, der den zusätzlichen Luftwiderstand überwog, wodurch seine Effizienz unter solchen Bedingungen verbessert wurde. Dies machte es beispielsweise im Kampf effizienter, da der zusätzliche Auftrieb es dem Flugzeug ermöglichte, die Höhe während einer engen Kurve besser zu halten.

Wenn Canards weniger effizient wären, wenn und wo es wirklich darauf ankommt, wären sie nicht für so viele 4G/5G-Kampfflugzeuge wie Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale und Saab Gripen ausgewählt worden.

Nun, zum Beispiel für die JA-37 erzeugen die Canards nicht viel Auftrieb. Sie erzeugen jedoch einen Wirbel, der über die Hauptflügel hinweggeht, was wiederum dazu führt, dass die Hauptflügel stärker heben. Dies ermöglicht auch einen höheren Stall-AoA-Punkt und eine kürzere Startstrecke. Sie erhöhen jedoch den Luftwiderstand und das Gewicht, so dass es Nachteile gibt, sie zu haben.

Bei moderneren Flugzeugen, in denen Canards gedreht werden können, können sie auch als Geschwindigkeitsbremsen dienen und wahrscheinlich auch das Nickmoment erhöhen, wodurch das Flugzeug agiler wird.

Ja, aber es ist schwierig, die richtigen zu bekommen, die nur minimale Auswirkungen auf die Bereiche der Hauptflügel haben. Ein Vorteil der Verwendung von Canards (nicht Flugzeugen mit drei Oberflächen wie der Sukhoi Su-37) besteht darin, dass die Reifen beim Start nicht wie bei herkömmlichen Flugzeugen nach unten auf die Landebahn drücken, die hinten eine Abwärtskraft erzeugen müssen, um die Nase anzuheben . Sie haben auch mehr Agilität, wenn sie beim Manövrieren die Nase zeigen. Sie verringern jedoch das Sichtfeld des Piloten nach unten.