Könnten die Tragflächen von Verkehrsflugzeugen dünner sein, wenn kein Treibstoff darin gelagert wäre?

Nein.

Die Flügeldicke wird in erster Linie durch strukturelle Anforderungen bestimmt. Er muss eine aerodynamische Verkleidung für den Flügelholm bereitstellen. Es dünner zu machen, würde die Masse der Struktur im Inneren erhöhen.

Stellen Sie sich den Flügelholm zur Vereinfachung als I-Träger vor. Es hat zwei Flansche, die Zug- und Drucklasten aufnehmen, und einen Steg zwischen den Flanschen, um Scherlasten zu übertragen. Das vom Holm aufgenommene Biegemoment ist das Produkt der Kräfte in den Flanschen und dem Abstand zwischen ihnen. Wenn Sie den Abstand verringern, müssen die Kräfte zunehmen, um das Biegemoment konstant zu halten. Größere Kräfte führen zu größeren Flanschen, um die Spannungen im Material unter der Streckgrenze zu halten .

Die Begrenzung der Dicke ist der Wunsch, mit einer bestimmten Machzahl zu fliegen . Ein sich bewegender Flügel muss die Luft vor sich beiseite schieben, und dickere Flügel müssen mehr drücken. Dies führt zu einer höheren Beschleunigung der Strömung um den Flügel und dickere Flügel haben eine niedrigere kritische Machzahl (die Flug-Machzahl, wenn die lokale Strömung Mach 1 erreicht). Diese Luftwiderstandsstrafe ist im Überschallflug besonders schwerwiegend.

Dickere Flügel helfen auch dabei, bis zu einem gewissen Punkt höhere maximale Auftriebskoeffizienten zu erzeugen. Das folgende Diagramm (von dieser Website entnommen) zeigt, dass eine Tragflächendicke von 12 % die besten Ergebnisse liefert, was dazu beiträgt, die Flügelfläche gering zu halten. Ein dickerer Flügel erleichtert auch die Integration komplexer Hochauftriebsvorrichtungen, was wiederum dazu beiträgt, die Flügelfläche zu reduzieren.

Die resultierende Flügeldicke ist immer ein Kompromiss, und das Kraftstoffvolumen ist nur das Ergebnis dieses Kompromisses. Wenn ein Flügel mehr Treibstoff speichern muss, wählen die Konstrukteure ein geringeres Seitenverhältnis , lassen aber die relative Dicke unverändert. Wenn weniger Kraftstoff benötigt wird, werden die Tanks kleiner, und auch hier ändert sich die Dicke nicht.

Flugzeugflügel werden ausschließlich nach aerodynamischen und strukturellen Gesichtspunkten konstruiert. Überschalljäger haben oft viel dünnere Flügel (und speichern Treibstoff im Rumpf), weil dies die Anforderungen des Überschallflugs sind. Für Unterschall- (und Überschall, was die meisten modernen Verkehrsflugzeuge und Geschäftsflugzeuge sind - über einigen Teilen des Flügels ist der Luftstrom tatsächlich Überschall) sind dicke Flügel in Ordnung, strukturell viel besser und bieten Platz für Kraftstofftanks und die Räder.

Möglicherweise, aber kein Kraftstoff im Flügel zu haben, wäre wahrscheinlich eher ein Effekt der dünneren Flügel als eine treibende Ursache.

In der Vergangenheit beherrschte die Theorie dünner Tragflächen den Tag, und Konstrukteure verwendeten externe Traversen, um zwei Auftriebsflächen in einer Doppeldeckerkonfiguration zu stützen. Schauen Sie sich als Beispiel den De Havilland Dragon an, der den RAF 15-Tragflächenabschnitt (max. t/c von 6,5 %) verwendete. Vergleichen Sie dies mit der Boeing 247 , die einen Monat später (Mai vs. April 1933) eingeführt wurde und ebenfalls zehn Passagiere beförderte, aber einen einzigen freitragenden Flügel ohne externe Stützen verwendete. Sein Flügelabschnitt, die Boeing 106 (max. t/c von 13,5 %), war dick genug, um eine interne Stützstruktur aufzunehmen.

Der Hauptvorteil davon, dass alle Ihre Strukturelemente im Flügel enthalten sind, ist der verringerte Luftwiderstand. Sie erhalten auch einige andere Vorteile, wie einen verzögerten Strömungsabriss aufgrund der abgerundeten Vorderkante und Platz zum Lagern Ihres Kraftstoffs aufgrund des größeren eingeschlossenen Volumens. Es ist unwahrscheinlich, dass ein ernsthaftes Verkehrsflugzeugdesign zu einer Doppeldeckerkonfiguration zurückkehren wird.

Heute, dank der Fülle an Materialien und Konstruktionswerkzeugen, die den Ingenieuren zur Verfügung stehen, scheint die Flügeldicke etwa 10 % zu betragen, wenn man einen Blick auf einige Airbus/Boeing-Angebote wirft. Normalerweise ändert ein modernes Design das Tragflächenprofil von der Wurzel zur Spitze, sodass es an einigen Stellen höher und an anderen niedriger ist. Es ist möglich, dass wir, wenn diese Techniken auf Doppeldeckerkonstruktionen angewendet würden, einige wirklich dünne Flügel entwickeln könnten, aber das Flugzeug hätte einen hohen Luftwiderstand und würde sich wahrscheinlich nicht verkaufen.

Einige Konzepte ordnen die Flügel jedoch so an, dass Sie damit durchkommen. Insbesondere hat Lockheed Martin ein Box-Wing-Konzept vorgeschlagen (für das ich den Namen nicht finden konnte), und Boeing hat ein Design mit verstrebten Flügeln namens Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR) untersucht. Wenn eines dieser Designs dazu führt, dass die erforderliche Steifigkeit des Flügelholms verringert wird, würden die Konstrukteure wahrscheinlich die Dicke des Holms (und damit des Flügels) reduzieren, um Gewicht zu sparen. Je nachdem, wie viel Dicke sie abtragen, lohnt es sich möglicherweise nicht mehr, Kraftstoff im Flügel zu lagern.