Was ist ein Hochgeschwindigkeitsstall?

Mir wurde gesagt, dass Flugzeuge tatsächlich stehen bleiben können, wenn der Luftstrom über dem Flügel Mach 1 überschreitet? Warum passiert das und wie konstruiert man ein Flugzeug, um das zu vermeiden?

Stall bei hohem Anstellwinkel bei jeder Geschwindigkeit auftritt, vermeiden Sie ihn, indem Sie im Überschallflug nicht nach oben oder unten neigen
Ich glaube, wonach Sie fragen, ist die Sargecke. Ist es das, was Sie interessiert? en.wikipedia.org/wiki/Coffin_corner_%28aviation%29
@ratchetfreak: Die Überschallströmungstrennung tritt bei jedem Anstellwinkel auf .
@JerryKur: Das Vorhandensein einer Sargecke ist eine Folge der Überschallströmungstrennung, aber die Überschallströmungstrennung ist nicht darauf beschränkt. Es tritt auch in Überschallflugzeugen auf.
Ein Überziehen bei hoher Geschwindigkeit ist etwas, das nahe, aber immer noch unter Mach 1 passiert. Es beinhaltet eine Überschallströmung über den Flügel, aber das gesamte Flugzeug bewegt sich immer noch mit Unterschallgeschwindigkeit.
Ah, ich werde die Frage @PeterKämpf bearbeiten. Ich muss deinen Kommentar zu meinem anderen falsch verstanden haben ;).

Antworten (3)

Wenn die Geschwindigkeit des Luftstroms lokal die Schallgeschwindigkeit über dem Flügel übersteigt, bildet sich eine Stoßwelle und die Strömung löst sich jenseits dieser Stoßwelle ab.

Überschallströmungstrennung

Ähnlich wie bei einem Strömungsabriss entfernt die Überschalltrennung der Strömung die Komponente des Auftriebs, die durch die Verringerung des Drucks auf der oberen Oberfläche des Flügels erzeugt wird, und daher sind die Auswirkungen ähnlich.

I bewirkt eine Verringerung des Auftriebs, und da der Druckmittelpunkt etwa bei einer Viertelsehne auf der oberen Fläche, aber in der Mitte der Sehne auf der unteren liegt, verursacht dies ein signifikantes Absenkmoment, das möglicherweise nicht wiederhergestellt werden kann, selbst wenn der Auftrieb nach dem Abriss ansonsten ausreichend ist um das Flugzeug geradeaus fliegen zu lassen. Dieser Effekt wird oft als Mach Tuck bezeichnet . Überschallflugzeuge haben oft alle beweglichen Aufzüge, um eine ausreichende Kontrollbefugnis zu haben, um dies zu kompensieren.

Ein Unterschied zum normalen Strömungsabriss besteht darin, dass der Auftrieb nach der Überschallströmungstrennung proportional zum Anstellwinkel bleibt und sich das Flugzeug mit Ausnahme der Änderung der Trimmung weiterhin mehr oder weniger normal verhält.

Mach Tuck kann je nach Flugzeugdesign bis zu Mach 0,7 auftreten, da sich die Luft schneller über den Flügel bewegt. Sie kann durch die Verwendung von Pfeilflügeln verzögert werden , da sich die Stoßwellen nur dann bilden, wenn die Luftgeschwindigkeitskomponente senkrecht zum Flügel die Schallgeschwindigkeit überschreitet.

Überschallflugzeuge treffen schließlich auf eine Überschallströmungstrennung, aber der Auftrieb an der unteren Oberfläche reicht aus, um das Flugzeuggewicht bei dieser Geschwindigkeit und Höhe auszugleichen, und das Flugzeug kann mit der Trennung der Strömung an der oberen Oberfläche weiterfliegen.

Dies ist bei den meisten Unterschallflugzeugen nicht der Fall, die aus Effizienzgründen dazu neigen, in Höhen zu fliegen, in denen sie einen sehr geringen Spielraum zum Abwürgen haben. Da die Strömungsabrissgeschwindigkeit mit der Höhe zunimmt, während die Schallgeschwindigkeit mit der niedrigeren Temperatur dort leicht abnimmt, wird die Strömungsabrissgeschwindigkeit schließlich gleich der kritischen Machzahl, die die Sargecke und die absolute Obergrenze für das Flugzeug erzeugt. Bei den meisten zivilen Transportflugzeugen verringert sich der Bereich zwischen Stallgeschwindigkeit und kritischer Machzahl (wo der Luftwiderstand zunimmt und eine Überschallströmungstrennung beginnen würde) in Reiseflughöhe erheblich, aber sie haben normalerweise nicht genug Motorleistung, um die tatsächliche Sargecke zu erreichen.

Mach Tuck ist das Phänomen der Trimmungsänderung aufgrund des Rückwärtsmarsches des Auftriebszentrums. Es kann bei einem vertikalen Sturzflug passieren, auch wenn der Flügel keinen Auftrieb erzeugen muss. Ein Strömungsabriss liegt immer dann vor, wenn der gewünschte Auftrieb nicht erzeugt werden kann und das Flugzeug den linearen Bereich der Steigung der Auftriebskurve verlässt.
@PeterKämpf: Ich habe die Antwort umformuliert, um zu vermeiden, dass der Begriff "Stall" für alles verwendet wird, was mit Überschallströmungstrennung zu tun hat.
@PeterKämpf Ein kleiner Punkt, aber Mach Tuck hat nichts mit Trimmen zu tun. Es bezieht sich auf das Nickmoment mit der Nase nach unten, das durch die Verschiebung des Auftriebszentrums nach hinten verursacht wird und zunehmend schlimmer wird, da die Geschwindigkeit mit sinkender Nase noch weiter zunimmt, was dazu führt, dass sich C / L weiter nach hinten verschiebt usw. usw. Die Trimmung ist nicht beteiligt (außer bei Flugzeugen mit Mach Trim-Systemen, die darauf ausgelegt sind, Mach Tuck zu verhindern ).
@Lnafziger: Ich hätte ein anderes Wort auswählen sollen. Trimmung ist für mich das Kräftegleichgewicht um eine Achse. Für Sie ist Trimmen die Aktion, sie zu ändern, oder vielleicht sogar die Steuerung dafür. Mein Verständnis des Wortes kommt aus dem Marine-Englisch und es scheint, dass es nicht auf die Luftfahrt zutrifft.
@PeterKämpf: Ahh, ich verstehe. Für einen Piloten hat die Trimmung eine sehr spezifische Bedeutung, nämlich die Verwendung der Steuerung, die die Trimmflosse/bewegliche Steuerfläche bewegt, anders als mit dem Steuerhorn, das die Trimmung des Flugzeugs ändert. Da dies eine Aktion ist, die wir ausführen (wir trimmen das Flugzeug), ist es, wie die meisten Likes diesen Kommentar verstehen werden.
@Lnafziger: Ich bin auch Pilot. Aber auch ein Ingenieur, ganz wie Sie. Trimmen bedeutet für einen Piloten, die Steuerkräfte auf Null zu setzen. Meine Formulierung von "Trimmänderung" sollte dies beschreiben, als würde man den Trimm eines Bootes ändern, um sich an wechselnde Winde anzupassen. Wie würden Sie vorschlagen, das Kräftegleichgewicht um die Hauptachsen zu nennen?
@PeterKämpf Gute Frage. Ich bin kein Luftfahrtingenieur, daher war mir nicht klar, dass der Begriff für das Gleichgewicht der Kräfte verwendet wurde, aber jetzt, wo Sie darauf hingewiesen haben, macht es absolut Sinn. Mir ist kein anderer Begriff dafür bekannt, und ich habe normalerweise einen Ausdruck gesehen, der dem, den Sie gerade verwendet haben, sehr ähnlich ist (entweder die Kräfte sind im Gleichgewicht oder sie sind unausgeglichen).

Flugzeugstillstand , wenn der Flügel nicht genug Auftrieb erzeugen kann, um den Flug aufrechtzuerhalten. Dies kann aus zwei Gründen geschehen:

  1. Strömungsablösung durch hohen Anstellwinkel. Die Steigung der Auftriebskurve, die bei kleinen Anstellwinkeln positiv und linear ist, wird negativ, sodass eine Vergrößerung des Anstellwinkels zu einem geringeren Auftrieb führt. Dies wird durch Viskositätseffekte verursacht.
  2. Strömungsablösung und heftiges Buffeting aufgrund starker Stöße am Flügel nahe Mach 1. Dies wird durch Mach-Effekte verursacht. In vielen Fällen ist der Auftriebsverlust noch nicht kritisch, aber das Flattern wird unangenehm stark und gefährlich für die strukturelle Integrität.

Der erste ist ein Strömungsabriss bei niedriger Geschwindigkeit, der jedoch bei jeder Geschwindigkeit auftreten kann. High-Speed-Stalls sind die zweite Variante. Sie lassen sich provozieren

  1. bei gleicher Fluglage schneller fliegen, normalerweise in sehr dünner Luft und mit Geschwindigkeiten um Mach 0,8.
  2. Oder sie können provoziert werden, indem sie bei gleicher Geschwindigkeit mehr Auftrieb fordern, zB durch das Einleiten einer Kurve.
  3. Ein dritter Weg ist das Steigen, so dass die Luft dünner und kälter wird und der Flügel einen höheren Anstellwinkel benötigt, um den gleichen Auftrieb wie zuvor zu erzeugen.

In allen Fällen war die anfängliche Strömung über den Flügel lokal schwacher Überschall und erzeugte einen schwachen Stoß. Entweder durch Erhöhung der Geschwindigkeit (genauer: der Flugmachzahl) oder des Anstellwinkels wird der Stoß stärker und kann zu Strömungsablösungen führen , sodass der Flügel weniger Auftrieb erzeugt als zuvor. Das Flugzeug bleibt stehen. Im Falle der U-2 würde das Heck noch funktionieren, nur der Flügel würde weniger Auftrieb erzeugen, also neigt sich das Flugzeug nach unten und beschleunigt. Beschleunigung macht die Sache noch schlimmer, denn jetzt werden die Stöße noch stärker. Jetzt ist der Pilot in einen Sturzflug verwickelt, den er nicht beenden kann. Viel Spaß, wenn der Pilot ein paar Kilometer unter dem Piloten MiG-17s sieht, die aus hoher Geschwindigkeit Klimmzüge machen, um nahe genug zu kommen, um das Feuer zu eröffnen.

Zum Glück begrenzt der Luftwiderstandsanstieg aufgrund der stärkeren Stöße den Geschwindigkeitsanstieg, und nach einem Abfall von vielleicht 2 km wird die Luft dicht genug, damit der U-2-Pilot den Tauchgang erfolgreich stoppen und den Aufstieg zurück in die sicherere, höhere Höhe beginnen kann.

Wie kann man dies vermeiden? Ganz vermeiden lässt sich dies in der Regel nicht, es kann nur abgemildert werden. Wing Sweep ist der effektivste Weg, um den Auftriebsverlust aufgrund lokaler Stöße zu begrenzen, aber selbst ein stark gepfeilter Deltaflügel hat eine Reduzierung seines maximalen Auftriebskoeffizienten um Mach 1. Eine optimierte Tragflächenform hilft, die Grenze nach oben zu verschieben, aber wenn dies der Fall ist neue Grenze überschritten wird, wird der Auftriebsverlust stärker sein. Letztendlich greifen die meisten modernen Flugzeuge darauf zurück, den Flugbereich zu begrenzen und ein elektronisches FCS zu verwenden, um sicherzustellen, dass der Bereich nicht überschritten wird.

Gute Antwort (+1!), aber wird das eigentlich als "High Speed ​​Stall" bezeichnet?
@Lnafziger: Reicht der Staudruck nicht aus, handelt es sich um einen Strömungsabriss bei niedriger Drehzahl. Egal ob du 8g ziehst, der beste Ausweg ist eine Geschwindigkeitserhöhung. Ein Hochgeschwindigkeitsstillstand tritt auf, wenn zunehmende Effekte der Machzahl den Auftrieb unter das Erforderliche reduzieren, entweder durch Beschleunigen oder durch Ziehen von gs mit ausreichend dynamischem Druck.
Das beantwortet meine Frage nicht wirklich....
@Lnafziger: Ja, das nennt man High-Speed-Stall. Zumindest nach meinem Verständnis. Beantwortet dies Ihre Frage ?
Laut "wie" bedeutet Stall nicht, dass der Auftrieb nicht ausreicht, um den Flug aufrechtzuerhalten, sondern nur, dass der Flügel unter Bedingungen fliegt, bei denen der Auftrieb nicht mehr mit dem Anstellwinkel zunimmt. Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob es eine "offizielle" Definition gibt.
@PeterKämpf Ja, das tut es (danke), aber ich habe diesen Begriff noch nie tatsächlich verwendet gehört. Haben Sie zufällig eine Referenz zur Verfügung, die die Verwendung des Begriffs unterstützt?
@Lnafziger: Leider nein. Meine Verwendung erfolgt aus der Vernunft, denn Strömungsabrisse aufgrund von Viskositätseffekten sind unabhängig vom Auslastungsfaktor gleich: Das Flugzeug hat zu wenig Geschwindigkeit. Strömungsabrisse aufgrund von Komprimierbarkeitseffekten gehören zu einer anderen Kategorie, daher verdienen sie einen anderen Namen. Ich habe mehrere Leute getroffen, die einen viskositätsbedingten Stillstand bei mehr als 1 g als Hochgeschwindigkeitsstillstand bezeichneten, aber sie waren alle ziemlich unwissend, was vor sich ging. Mir ist auch keine "offizielle" Autorität zur Benennung dieser Phänomene bekannt, daher verlasse ich mich auf mein eigenes Verständnis von Aerodynamik.
Nun, das macht aus logischer Sicht Sinn, aber jemandem zu sagen, dass die Definition eines Begriffs, den er sich ausgedacht hat, etwas ist, wenn es kein anerkannter Begriff in der Branche ist, kann ein bisschen … irreführend sein. Ich verstehe, dass das OP nicht ganz verstanden hat, was sie gefragt haben, aber sie haben es aus der Beschreibung ziemlich deutlich gemacht. Jedenfalls wehre ich mich nur dagegen, dass Sie dies als tatsächliche Definition eines erfundenen Begriffs darstellen. Das Hinzufügen von etwas so Einfachem wie "was ich einen Hochgeschwindigkeitsstall nenne ..." würde dazu beitragen, den Menschen in Zukunft klar zu machen, dass es sich nicht um "Fakten" handelt.
@Lnafziger: Mit anderen Aerodynamikern hatte ich nie ein Problem, mich auf diese Definition zu einigen, und an der Universität habe ich nie gehört, dass der Begriff für einen regulären Stall bei höherem Lastfaktor verwendet wird. Diese Bedeutung begegnete mir später bei Privatpiloten, die damit ihre Geschichten über ihre Heldentaten ausschmückten. Bei einem FAR-23-Propellerflugzeug wird man nie auf einen Strömungsabriss stoßen, aber der Begriff klingt so viel cooler. Aber auch hier habe ich keine Quelle für eine verbindliche Definition. Und ich habe mir den Begriff sicher nicht ausgedacht.
Nun, ich wollte nicht sagen, dass Sie es sich ausgedacht haben, sondern nur, dass es kein Standardbegriff mit dieser Bedeutung war. Auf jeden Fall kann das Einbeziehen dieses kleinen Hintergrunds zukünftigen Besuchern helfen zu verstehen, dass dieser Begriff möglicherweise ein bisschen abgekürzt ist und nicht wirklich ein offizieller Begriff, der gelehrt wird. Die Art und Weise, wie Ihre Antwort jetzt geschrieben ist, lässt es so klingen, als wäre dies die eigentliche Definition des Begriffs. Aber nur ein Vorschlag, und ich höre jetzt auf, dich zu nerven!
Hochgeschwindigkeitsabriss ist aufgrund der oben erwähnten Strömungsablösung mit Flattern verbunden. Im Allgemeinen bleibt der Auftrieb auch nach einer Strömungsablösung gut erhalten. Aber das Buffeting wird so stark, dass ein normales Pilotieren nicht mehr haltbar ist (Abschreckungsbuffet).
@Jimmy: Ja, danke für die Erwähnung von Buffeting, das in vielen Fällen vor dem Verlust des Auftriebs auftritt. Ich habe diesen Punkt zur Antwort hinzugefügt.

Dies kann in großer Höhe passieren. In großen Höhen ist die Luft weniger dicht (es gibt weniger Moleküle pro Kubikzoll). Der Auftrieb wird durch die Kraft von Luftmolekülen erzeugt, die auf die Oberfläche des Strömungsprofils auftreffen. In der Höhe ist also ein größerer Anstellwinkel auf das Tragflächenprofil erforderlich, um genügend Auftrieb zu erzeugen, um das Flugzeug im Horizontalflug zu halten. Daher treffen selbst bei Überschall möglicherweise nicht genügend Moleküle auf den Flügel, um einen ausreichenden Auftrieb im Stall-Anstellwinkel zu erzeugen. ergo erhöht das Flugzeug bei dem Versuch, einen Horizontalflug beizubehalten, die AOA über die Stall-AOA hinaus. Selbst dann muss natürlich alles, was der Pilot tun muss, um sich von dem Strömungsabriss zu erholen, die AOA unter die Strömungsabriss-AOA reduzieren, um den kontrollierten Flug wieder aufzunehmen.

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