Warum biegt sich der Rumpf der 757 bei Turbulenzen stärker als bei anderen Flugzeugen?

Das sind wirklich zwei Fragen

1. Warum verbiegt sich ein Rumpf?
2. Warum biegt sich der 757-Rumpf stärker als andere?

Die einfachen Antworten gebe ich hier. Sie können sehr ins Detail gehen, aber die detaillierten Antworten bringen hauptsächlich nur mehr Informationen zu Konstruktions- / Konstruktionsunterschieden in die einfachen Antworten (z. B. Verbundwerkstoffe biegen / brechen anders als Aluminium).

Warum verbiegt sich ein Rumpf?

Im Wesentlichen liegt es daran, dass die Auftriebskraft nicht den gesamten Rumpf gleichmäßig stützt. Der Luftwiderstand und die vom Rumpf selbst erzeugten aerodynamischen Kräfte wirken sich ebenfalls auf die Dinge aus, aber dies liegt hauptsächlich an der Tatsache, dass die Auftriebskraft auf zwei Punkte des Rumpfes zentriert ist, während das Gewicht darauf verteilt ist

Der Auftrieb wird hauptsächlich an zwei Stellen erzeugt: den Flügeln und dem horizontalen Stabilisator (ein Teil wird auch im Körper erzeugt, aber relativ wenig). Der größte Teil dieses Auftriebs wird an den Flügeln erzeugt, die in der Mitte (-ish) des Rumpfes angebracht sind. Stellen Sie sich vor, Sie balancieren ein Lineal (Rumpf) auf Ihrem Finger (Flügel) und stapeln dann Münzen oben auf dem Lineal. Je schwerer das Lineal ist und je mehr "Anheben" Ihr Finger leisten muss, desto mehr biegt sich das Lineal.

Natürlich ist der Auftrieb nicht konstant – Turbulenzen bedeuten, dass sich der von den Flügeln erzeugte Auftrieb innerhalb weniger Sekunden ziemlich stark ändern kann. Stellen Sie sich vor, Sie fangen an, mit Ihrem Finger auf und ab zu hüpfen und „Turbulenzen“ zu erzeugen: Das Lineal wird sich biegen und wieder entspannen, wenn es diese sich ändernde Kraft absorbiert. Dies ist der Rumpfflex, der in Flugzeugen zu sehen ist.

Der Rumpf biegt sich auch beim Landen oder Abheben, weil Sie wieder ändern, wie das Gewicht des Rumpfes getragen wird: Das Gewicht wird von der Flügelwurzel / dem Holm auf das Fahrwerk übertragen. Und der letzte offensichtliche ist, dass sich das Gewicht des Flugzeugs während des Fluges aufgrund von Treibstoffverbrauch usw. ändert.

Warum biegt sich die 757 mehr als andere Verkehrsflugzeuge?

Nun, zum einen sehe ich keine anderen Quellen dafür als "Ich habe das gehört" (die von Ihnen bereitgestellten Links sind größtenteils auch Hörensagen), aber ich habe gesehen, dass es als Tatsache angegeben ist. Nehmen wir für den Moment an, es ist Tatsache ... die Theorie gilt trotzdem.

Die 757 wird sich aufgrund ihres Designs, ihrer Konstruktion und der Baumaterialien mehr biegen als einige andere Verkehrsflugzeuge (obwohl wahrscheinlich weniger als einige andere). Die einfachste Erklärung ist, dass es eines der längsten Schmalrumpfflugzeuge ist.

Was bedeutet das? Nun, es bedeutet, dass es einer der längsten und dünnsten Rümpfe überhaupt ist. Dies gibt uns zwei Ursachen:

1. Die 757 biegt sich mehr als andere große Verkehrsflugzeuge, weil alles, was größer ist, ein Großraumflugzeug ist, das dem Biegen mehr widersteht als ein kleines, schmales, dünnes
2. Es biegt sich mehr als andere kleine Verkehrsflugzeuge, da jeder andere schmale Körper leichter und kürzer als die 757 ist, weniger Kraft auf den Rumpf ausübt und eine geringere Auftriebskraft erfordert.

TL; DR: Die Biegung wird durch den Auftrieb verursacht, der hauptsächlich in der Mitte des Rumpfes wirkt, während das Gewicht des Rumpfes und andere Kräfte auf ihn über die Länge verteilt werden.

Insgesamt liegt die 757 also an der Grenze zwischen leichteren Flugzeugen mit schmalem Körper und größeren Flugzeugen mit breitem Körper. Alles, was kleiner ist, wiegt weniger und belastet den schmalen Körper weniger. Alles, was größer ist, hat einen größeren, stärkeren Rumpf.

Erstens ist im verlinkten Film keine Rumpfverbiegung zu sehen. Was wie ein Durchbiegen aussehen mag, ist tatsächlich, dass sich die Sitze und die Innenverkleidungen aufgrund von Trägheitskräften bewegen. Bei turbulentem Wetter wird das Flugzeug von Böen erschüttert, was die Bewegung zwischen Sitzen und Verkleidungen verursacht.

Zweitens befinden sich die Landeklappen auf dem Bild im Start, verschieben das Zentrum des Auftriebs nach hinten, und das Heck drückt die Nase nach oben, sodass ein beträchtlicher Abtrieb erzeugt werden muss. Diese wird über das Rumpfheck übertragen, um die Momente des Flügelauftriebs und des Gewichts, das am Schwerpunkt angreift, zu trimmen. Siehe Skizze unten; blau sind die aerodynamischen Kräfte und rot die Spannungen im Rumpf.

Ihr vergrößertes Bild zeigt das Knicken der unteren hinteren Rumpfplatten. Dies ist ein normales Verhalten unter Stress und ermöglicht es ihnen, höhere Belastungen aufzunehmen. Wenn eine Platte belastet wird, verformt sie sich zunächst in der Ebene, aber wenn die Drucklasten einen kritischen Wert überschreiten, reagiert die Platte mit einem Knicken außerhalb der Ebene . Die folgende Skizze zeigt den allgemeinen Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung.

Für die 757, die sich mehr biegt als andere Flugzeuge: Vielleicht hat dies mit dem schlanken vorderen Rumpf zu tun. Dies führt zu mehr Walkarbeit bei gleicher Belastung in den Aluminiumblechen. Der hintere Rumpf ist höher, um mehr Gepäck aufzunehmen. Während der Entwicklung befürchteten die Boeing-Ingenieure, dass die Richtungsstabilität bei einem höheren vorderen Rumpf nicht ausreichen könnte, daher wurde der Querschnitt auf den einer Boeing 737 beschränkt. Es gibt jedoch Flugzeuge mit noch schlankeren Rümpfen wie der MD-90 (siehe unten). Sie sollten sich mindestens so stark biegen wie die 757.

Jedes Flugzeugteil biegt sich, wenn es Belastungen ausgesetzt wird, und der Rumpf ist keine Ausnahme. Insbesondere der vordere Teil erzeugt während des Fluges Auftrieb und Seitenkräfte, seine eigene Masse führt dazu, dass er sich nach unten biegt, je weiter Sie sich von den Flügeln entfernen, insbesondere wenn er G-Kräften ausgesetzt ist, und die Auslenkung der Leitwerke am Heck erhöht die Belastung und biegen, wie auf deinem Bild. Die Durchbiegung des Rumpfes ist tatsächlich so stark, dass der Rumpf im Flugtest an mehreren Stellen Trägheitssensoren trägt, um genügend Daten zu sammeln.