Warum verwenden die meisten Überschall- oder Kampfflugzeuge sich vollständig bewegende Steuerflächen?

Welche Vorteile bietet die Verwendung von voll beweglichen Steuerflächen? Kann jemand Erklärungen geben, die auf der Aerodynamik basieren?

Gut behandelt hier: Aviation.stackexchange.com/questions/5003/… und einige Informationen hier: en.wikipedia.org/wiki/Stabilator

Antworten (1)

Die beiden größten Gründe für einen Stabilator (die häufigste sich vollständig bewegende Steuerfläche) sind Stabilität bei Überschallgeschwindigkeit und verbesserte Manövrierfähigkeit.

Wenn sich ein Tragflächenprofil seiner kritischen Machzahl nähert, beginnt die umgeleitete Strömung, die sich an der Vorderkante des Flügels vorbeibewegt, Mach 1 zu überschreiten, da sie sich schneller bewegen muss als der Flügel selbst, um der Kontur zu folgen, und verlangsamt sich dann darunter, wodurch eine transsonische Stoßwelle verursacht wird Form hinter der Vorderkante des Flügels. Diese Stoßwelle verursacht eine Grenzablösung des Luftstroms an der Hinterkante des Flügels, wo herkömmliche Höhenruderoberflächen angeordnet sind. Dies verringert den Auftrieb des Flügels und auch die Wirksamkeit der Höhenruderoberflächen, ein Phänomen, das als "Mach Tuck" bekannt ist. Indem stattdessen die gesamte Steuerfläche bewegt wird, wird dieses Problem vermieden, da das gesamte Tragflächenprofil ungeachtet der Qualität des Luftstroms über irgendeinen Punkt davon verwendet wird, um den Luftstrom zu lenken und somit die Nase des Flugzeugs zu bewerten.

Zweitens, und intuitiver, je größer die Oberfläche des Höhenruders ist, desto mehr Luft leitet sie um und desto mehr Kraft übt sie auf das Heck aus, was wiederum dem Piloten ermöglicht, das Flugzeug mit höheren Geschwindigkeiten zu neigen. Idealer Endpunkt dieses Gedankengangs ist, dass der gesamte Stabilisator auch zur Höhenruderfläche wird; ein „Stabilisator“.

Diese beiden Überlegungen sind entscheidend für die Konstruktion von Kampfflugzeugen, die seit der vierten Generation fast alle Mach 1 erreichen konnten (und einige wenige Mach 2 überschreiten konnten) und die auch als Trägheitsmoment sehr manövrierfähig sein müssen der Flugzeugzelle in der Nickebene zunimmt (ein unvermeidbarer Nebeneffekt beim Wickeln einer Flugzeugzelle um zwei Hochleistungsstrahltriebwerke, die die Länge des Rumpfes durchqueren).

Ich dachte immer, es sei der Knick in der Tragflächenkontur (bei nach oben ausgelenktem Höhenruder), der viele Probleme in Bezug auf Stoßwellen verursacht und dies ein Grund sei, alle beweglichen Tragflächen einzubauen. Täusche ich mich völlig, oder ist dies ein weiterer Grund für alle beweglichen Aufzüge?
Bei Vollüberschallflug mag das durchaus der Fall sein; Allerdings verursacht der transsonische Luftstrom die von mir erwähnten Probleme, lange bevor das Flugzeug selbst Mach 1 erreicht, und diese Probleme treten häufig bei Flugzeugen mit ausreichender Leistung auf, um sich Mach 1 zu nähern, die jedoch nicht für transsonische Flüge ausgelegt sind.
Aber ich denke, ein Knick kann auch vor Mach 1 Probleme verursachen, da die erhöhte lokale Krümmung den Druck stark erhöht. Ich glaube nicht, dass Sie dafür einen Überschallfluss benötigen
Vielen Dank für deine tollen Erklärungen KeithS! Abgesehen von den von Ihnen angegebenen Gründen (Stoßwellen, Mach Tuck und mehr Kraft) habe ich mich immer gefragt, ob es irgendwelche aerodynamischen Theorien oder Berechnungen gibt, die bewiesen oder mit diesen Überlegungen in Verbindung gebracht werden können? Bietet eine größere Oberfläche auf allen beweglichen Steuerflächen wirklich mehr Moment im Vergleich zu einem herkömmlichen Höhenleitwerk (fest + Höhenruder)? Warum verwenden die meisten Verkehrsflugzeuge nicht alle beweglichen Steuerflächen?
@syahmimirhamzah - Alle beweglichen Steuerflächen erhöhen die maximale theoretische Kraft, die das Höhenleitwerk bereitstellen kann, da die Kraft auf der Oberfläche eine Funktion des relativen Winkels des Luftstroms und des Bereichs ist, auf den der Luftstrom trifft. Je größer die Fläche, desto mehr Kraft kann das Höhenleitwerk erzeugen. In der Praxis sehen Sie möglicherweise keinen Unterschied, da es andere Belastungsgrenzen gibt, die dem Flugzeugzellendesign inhärent sind. Aus diesem Grund verwenden Verkehrsflugzeuge sie nicht; Die erzeugten Kräfte übersteigen die Anforderungen des Flugzeugs (und sind daher für Widerstandsfähigkeit ausgelegt). Eine 747 muss keine 9G-Kurve ausführen.
Warum verwenden die meisten Überschall- oder Kampfflugzeuge sich vollständig bewegende Steuerflächen?
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