Wie gehen die Flügel/Steuerflächen des Airbus Beluga mit seinem hohen Schwerpunkt um?

Das ist der Beluga :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es wird verwendet, um Teile eines Rumpfes (von viel größeren Flugzeugen) von einem Ort zum anderen zu transportieren, damit sie zu einem Flugzeug zusammengefügt werden können.

Soweit ich mich erinnere, basiert es auf einem Airbus A300 , und dann fügten sie das riesige, gewölbte Rumpfstück hinzu, damit es mehr Zeug tragen konnte, und bewegten das Cockpit ein wenig nach unten, um Platz für die riesige Tür an der Vorderseite der Ausbuchtung zu machen.

Meine Frage ist, was sie in Bezug auf das Design der Flügel / Steuerflächen getan haben, um zu verhindern, dass das Flugzeug instabil wird. Wenn dieses Flugzeug voll beladen ist, ist der Schwerpunkt eindeutig viel höher als bei einem normalen A300. Was so aussieht, als würde es eher dazu führen, dass es auf irgendeine Weise umkippen möchte. Was haben sie getan, um dem entgegenzuwirken?

zusätzliche Rollstabilität im Hüllenschutz.
@ratchetfreak lol, richtig, aber wie?
die Nutzlast beträgt nur ein Drittel des MTOW (47 t/155 t) . Es ist hauptsächlich für große, aber leichte Fracht.
@ratchetfreak 1/3 des Gesamtgewichts scheint ... viel Gewicht zu sein. Ich würde trotzdem gerne wissen, wie es abgerechnet wird.
Wenn das leere CoM mit dem Boden des Laderaums ausgerichtet ist, würde sich das CoM im schlimmsten Fall (gleichmäßige Ladung, die den gesamten Laderaum ausfüllt) um 2,3 m nach oben bewegen. Ich müsste mein KSP hochfahren, um herauszufinden, wie sich das auf die Handhabung auswirkt.
@ratchetfreak: Wurde beim A300-600ST der Umschlagschutz nachgerüstet? Weil A300 sie nicht hatte (sie wurden in A320 eingeführt).

Antworten (2)

Solange das Flugzeug ohne großen Seitenschlupf fliegt, ist die vertikale Position des Schwerpunkts nicht wichtig.

Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass das Flugzeug aufgrund einer hohen Lage des Schwerpunkts beim Schräglagen "umkippen" könnte, oder sogar, dass die V-Form das Flugzeug aufrichten würde, weil der untere Flügel mehr Auftrieb erzeugt. Das ist alles falsch!

Um zu verstehen, warum, schauen Sie, wohin die Schwerkraft beim Schrägflug zeigt. Mit Schwerkraft meine ich die von den Piloten und Passagieren gefühlte Gesamtbeschleunigung, die scheinbare vertikale Richtung.

A320 Vorderansicht gerade und mit Kraftvektoren geneigt

A320 Vorderansicht gerade und geneigt mit Kraftvektoren im Bezugsrahmen des Flugzeugs.

Die Kraftvektoren im Schrägflug unterscheiden sich nicht von denen im Horizontalflug, nur ihre Größe wächst. In beiden Fällen ist die scheinbare Vertikale parallel zur vertikalen Symmetrieebene und geht direkt durch den Schwerpunkt, unabhängig von seiner vertikalen Position. Daher hat es keinen Hebelarm und erzeugt keinen Impuls um den Schwerpunkt.

Anders ausgedrückt, das Flugzeug neigt sich in einer koordinierten Kurve, um die scheinbare Vertikale in seiner vertikalen Symmetrieebene zu halten, jetzt, da eine horizontale Kraft hinzugefügt werden muss, um den Drehimpuls des Flugzeugs zu ändern.

Daher müssen weder der Flügel noch die Steuerflächen speziell an den riesigen Rumpf angepasst werden. Lediglich das Seitenleitwerk muss vergrößert werden, um die vergrößerte Seitenfläche vor dem Schwerpunkt auszugleichen. Beim Beluga wurden zwei vertikale Finnen hinzugefügt und der Strake vergrößert. Dies ist ein sehr übliches Verfahren für Modifikationen bestehender Flugzeuge , da es einfacher ist als das Entwerfen einer neuen Vertikalen und das Handling im Vergleich zu einem neuen, vergrößerten Seitenleitwerk verbessert .

Seitenansicht des Airbus Beluga

Seitenansicht des Airbus Beluga ( Bildquelle )

Der Rumpf hat sein aerodynamisches Zentrum vor dem Schwerpunkt, so dass eine Erhöhung seiner Größe auch sein destabilisierendes Giermoment bei einem Seitenschlupf erhöht. Dies erfordert mehr Stabilisierungsfläche am Heck, die relativ klein gehalten werden kann, da ihr Seitenverhältnis viel höher ist als das des Rumpfes, wodurch sie auf Änderungen des Schwimmwinkels besser anspricht. Beide zusammen erzeugen eine Seitenkraft im Seitenschlupf, die wesentlich größer sein wird als die eines unmodifizierten A300 unter den gleichen Bedingungen. Diese durch den Seitenschlupf verursachte Seitenkraft und der damit verbundene Luftwiderstand werden die Flugeigenschaften des Beluga von denen eines A300 unterscheiden. Da es ziemlich weit über dem Schwerpunkt wirkt, fügt es ein rollendes Moment hinzu und erhöht den Dieder-Effekt. Ich erwarte, dass es beim Beluga schwieriger wird, einen Schwimmwinkel aufzubauen,

Bei der Konstruktion des Beluga war schon bei früheren Flugzeugen (Super Guppy, 3M-T oder BM-T Atlant) klar, dass der übergroße Laderaum das Fliegen nicht unmöglich machen würde.

3MT im Flug

Die 3M-T / BM-T-Modifikation für den Lufttransport in Raketenstufen. Bildquelle . _

Peter nette Antwort, aber es gibt eine Sache, die mich total verwirrt: Der Vektor der zentripetalen (?) Kraft, die zum äußeren Gegenteil der Kurve gezogen wird. Sollte es nicht in die Drehrichtung zeigen, wie es hier gezeigt wird ?
@SteliosAdamantidis: Der gezeigte Vektor ist der der Zentrifugalkraft , die die scheinbare Kraft beim Beschleunigen (Rotieren) des Referenzrahmens ist, der sich ähnlich wie die Schwerkraft verhält.
Es wäre schön hinzuzufügen, was passiert, wenn es einen Seitenschlupf gibt, da dies erklärt, warum die zusätzlichen vertikalen Stabilisatoren benötigt werden (die Frage sagt Steuerflächen, nicht speziell Querruder).
@JanHudec Die Zentrifugalkraft ist keine echte Kraft und daher nicht für Kreisbewegungsberechnungen geeignet. Selbst wenn dies der Fall ist, ist ΣF gemäß dem Bild 0, und ohne ausgeübte Kräfte können Sie Ihren Bewegungszustand nicht ändern (dh beschleunigen oder verlangsamen) und sich daher nicht drehen.
@SteliosAdamantidis: In dem rotierenden Bezugsrahmen (dem relativ zum Flugzeug) existiert die Trägheitskraft (Zentrifugalkraft) und muss in die Berechnung einbezogen werden, und das Ergebnis ist, dass die Kräfte im Gleichgewicht sind und das Flugzeug nicht beschleunigt relativ zu selbst ist es nicht . Im Trägheitsbezugssystem gibt es keine Zentrifugalkraft und die Zentripetalkraft (die die horizontale Komponente der Auftriebskraft ist) bewirkt, dass sich das Flugzeug dreht. Das Bild zeigt die Kräfte entsprechend dem flugzeugbezogenen, rotierenden Bezugssystem.
Ich stimme zu, dass, wenn das Flugzeug in Querlage dreht, die Kräfte nicht sehr unterschiedlich sein werden, aber die Kraft, die von den Querrudern benötigt wird, um das Flugzeug zu rollen, wird beeinflusst.
@foot: Es gibt viele kleine Unterschiede, wie die Rollachse, die sich über dem Cockpit befindet. Dies erzeugt ein Gefühl der seitlichen Verschiebung, wenn die Querruder ausgelenkt werden und das Flugzeug rollt. Gleiches gilt aber auch für die 747, bei der die Piloten über der Rotationsachse sitzen. Das macht das Fliegen mit dem Beluga nicht grundlegend anders.

Flugzeugstabilität

Wie wir im obigen Bild sehen können, liegt der Schwerpunkt (CG) eines Flugzeugs immer im Schnittpunkt der drei Achsen. Wenn also der Schwerpunkt entlang einer Achse verschoben wird, wirkt sich dies auch auf die anderen beiden aus.

Wenn der Schwerpunkt vertikal (entlang der vertikalen Achse) verschoben wird, wirkt sich dies auf die Richtungsstabilität aus. In einem solchen Fall ist ein Ruder erforderlich, um die Richtungsstabilität zu gewährleisten.

Die ungewöhnliche Wölbung im Rumpf eines Airbus Beluga lässt vermuten, dass er mehr Gewicht tragen kann als der A330, aber das ist nicht richtig. Das MTOW des A330 liegt zwischen 364.000 und 378.500 lbs , das MTOW von Beluga beträgt jedoch 341.713 lbs.

Da der Schwerpunkt beim Beluga nach oben verschoben wird, wirkt sich dies auf die Richtungsstabilität des Flugzeugs aus. An mehreren Stellen ( Wikipedia und hier und hier ) wurde erwähnt , dass das Heck des Airbus Beluga vergrößert und verstärkt wurde , um die Richtungsstabilität zu erhalten .

Beluga-Schwanz
Bildquelle

Ich glaube nicht, dass der Schwerpunkt die Richtungsstabilität beeinflusst, es ist eher die vergrößerte Oberfläche vor dem Schwerpunkt und verringert die Wirksamkeit des Stabilisators hinter dem vergrößerten Fach.
Die Leitwerksfläche wurde deutlich vergrößert, siehe diese Aufnahme mehrerer Airbusse allaboutguppys.com/beluga/ai-fama.jpg mit A320, A321, A310, A300-600, A330-200, A340-300 und dem A300-600ST " Beluga". Weitere Informationen hier, einschließlich "Die Flosse wurde ebenfalls geändert, um die Flugstabilität zu gewährleisten." allaboutguppys.com/beluga/600stf.htm
@CrossRoads: Laut Wikipedia ist das Seitenleitwerk des Beluga eher ein gestrecktes A340-Modell als das des serienmäßigen A300.
Wie gehen die Flügel/Steuerflächen des Airbus Beluga mit seinem hohen Schwerpunkt um?
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