Warum verursachten nach oben drehende Propeller in der F-82 Twin Mustang einen Auftriebsverlust im mittleren Flügelabschnitt?

Ich bin mir nicht sicher, ob die im Wikipedia-Artikel angegebene Geschichte ganz genau ist, da beide Motoren in einer nach außen drehenden, gegenläufig rotierenden Konfiguration mit zwei Propellern von entscheidender Bedeutung sind . Dies wird in der Einleitung dieses Buches bestätigt , obwohl es ziemlich nachträglich und ohne Bezugnahme auf die oft zitierte Geschichte geschrieben zu sein scheint, dass es bei seiner Jungfernfahrt nicht genug Auftrieb gab:

Das Drehen der Propeller zum Rumpf hin bedeutete eine viel bessere Kontrolle im Einmotorenbetrieb.

Ebenso rühmt sich das neu veröffentlichte F-82-Bedienerhandbuch: "Die Steuereigenschaften dieses Flugzeugs für ein Triebwerk sind außergewöhnlich gut." Auch hier (aber auch wie erwartet) keine Erwähnung von Versuch und Irrtum in der Entwurfsphase.

Und je mehr ich das Design des F-82 recherchierte, fand ich verschiedene und nicht beschaffte Informationen. Viele Websites wiederholten die Geschichte der ersten Flugtests, während andere sagten, dass das Scheitern des ersten Versuchs dem Gewicht zugeschrieben wurde .

Meine Vermutung ist, dass die ursprünglichen Designs der F-82 einfach von der etwas früheren endgültigen Konfiguration der P-38 entlehnt waren, bei der die nach außen drehenden, gegenläufigen Propeller den Abwind auf dem horizontalen Stabilisator reduzierten und für eine stabilere Schießplattform sorgten .

Um die Auftriebsunterdrückung im mittleren Flügelabschnitt der F-82 herauszufinden, ist es wahrscheinlich hilfreich, zuerst zu erklären, welche Wirkung ein einzelner Propeller auf den dahinter liegenden Flügel hat.

Im Allgemeinen erzeugt ein sich drehender Propeller einen stromabwärtigen Wirbel in der gleichen Richtung, in der sich der Propeller dreht. Der Bereich des Flügels hinter dem Aufschwung eines Propellerblatts erfährt einen höheren Anstellwinkel für den resultierenden Luftstrom, was zu einem erhöhten Auftrieb und Luftwiderstand über diesen Abschnitt des Flügels führt.

Bildquelle: Zivilluftfahrtbehörde von Neuseeland

Ebenso tritt auf der Abschwungseite das Gegenteil auf, was zu einer Nettoerhöhung des Auftriebs und einer Nettoverringerung des Luftwiderstands hinter dem Motor als Ganzes führt. Dieses einmotorige Luftströmungsmodell gilt im Allgemeinen für mehrmotorige Modelle, bei denen sich alle Propeller in die gleiche Richtung drehen :

Die Wechselwirkung des Windschattens mit dem Flügel erzeugt eine Erhöhung des Gesamtauftriebsbeiwerts. Diese Nettoerhöhung ist das Ergebnis einer lokalen Erhöhung des lokalen Auftriebskoeffizienten$C_L$für den Teil des Flügels, der sich im Windschatten mit Aufwärtsrotation befindet, während die Abwärtsrotation eine lokale Abnahme induziert$C_L$. Der lokale Luftwiderstandsbeiwert$C_d$wird im Aufwärtsrotationsteil lokal erhöht und über dem Abwärtsrotationsabschnitt verringert. Das Nettoergebnis ist im Allgemeinen eine Verringerung des Luftwiderstands am Flügel.

Der F-82 scheint in dieser Hinsicht also ein Rätsel zu sein. Theoretisch sollte eine Außenrotation den Auftrieb im Mittelteil erhöhen , nicht verringern. Warum also nicht? Vielleicht gab es zu viel Wechselwirkung zwischen den beiden Propellerschleppen. Betrachten Sie erneut die P-38 Lightning. Obwohl beide über zwei gegenläufige Motoren und zwei Heckausleger verfügen, die durch einen gemeinsamen horizontalen Stabilisator verbunden sind, hat die P-38 einen großen Mittelrumpf für den Piloten, der direkt zwischen den beiden Motoren sitzt und die einzelnen Propeller-Windschatten effektiv isoliert.

Eine Studie über die Konfiguration "Down Between Engines" (DBE) des Airbus A400M stellte fest, dass die Windschatten seiner gegenläufigen Triebwerke "[stark] interagieren".

insbesondere [in] dem Teil des Flügels, der sich zwischen beiden Motoren befindet, und führt zu einer lokalen Abnahme des Auftriebskoeffizienten, die nicht vollständig durch die lokale Zunahme an den Teilen der Flügel ausgeglichen wird, die eine Aufwärtsbewegung erfahren (Hervorhebung von mir).

was sowohl zu einem verringerten Auftrieb als auch zu einem erhöhten Luftwiderstand im Flügelabschnitt zwischen den Triebwerken führt.

Beachten Sie, dass DBE (dh nach innen drehende Propeller) die Lösung für die Auftriebsprobleme der F-82 war. dass der Flügelbereich zwischen den Triebwerken immer noch einen verringerten Auftrieb und einen erhöhten Luftwiderstand in der bevorzugteren gegenläufigen Konfiguration erfährt, unterstreicht die Vorstellung, dass eine Wechselwirkung von Propeller-Schubströmen nicht wünschenswert ist. Meine Vermutung ist, dass dieser Schalter gerade genug von den ungünstigen Auftriebsbedingungen entfernt hat, um dem Flugzeug zu ermöglichen, in die Luft zu kommen. Es wäre interessant herauszufinden, ob jemand einen F-82 modifiziert hat, um den gegenläufigen Aspekt zu entfernen.

UPDATE: Endlich habe ich die glaubwürdigste Quelle für den Wikipedia-Artikel gefunden, eine Ausgabe des Warbirds-Magazins aus dem Jahr 2013 .

1. Der erste Flug wurde (zumindest etwas) auf Übergewicht zurückgeführt. Ein zweiter Versuch am 16. Juni 1945 ging nach dem Start mit einer begrenzten Treibstoffladung unerwartet über eine Stunde in die Luft .
2. Die Wechselwirkung zwischen den Propellern erzeugte in Kombination mit der normalen Aufwärtsströmung einen frühen Strömungsabriss vor dem Flügel, wodurch der Auftrieb über dem Mittelflügel vorhersehbar darunter litt . Laut NAA-Aerodynamiker Ed Horkey:

„Was passiert ist, war, dass wir Propeller hatten, die sich am linken und rechten Motor in unterschiedliche Richtungen drehten. Aus irgendeinem Grund, an den ich mich nicht erinnern kann, begannen wir damit, dass sich die Blätter vor dem Mittelteil nach oben bewegten. Was das besonders bewirkt bei hohen Anstellwinkeln ist es, eine Aufwärtsströmung zu erzeugen, die sich der Vorderkante des mittleren Abschnitts des Flügels nähert. Sie haben auch eine normale Aufwärtsströmung vor dem Flügel. Die beiden Aufwärtsströmungen würden sich addieren, um einen frühen Strömungsabriss zu erzeugen. Der mittlere Abschnitt repräsentierte a großen Teil der Flügelfläche. Was passierte, war, dass wir früh abwürgten und einfach nicht genug Auftrieb bekamen. … Wir änderten die Drehungen, um in die Mitte zu gehen, und wir hatten das Problem gelöst.

Das Beispiel des Propwash der Cessna enthält nicht den resultierenden linken Flügelabfall während des Strömungsabrisses, da der Anstellwinkel entlang der Spannweite an der linken Flügelwurzel am höchsten ist. Daher beginnt der Strömungsabriss dort.

Die P-38 und XP-82 hatten Außenbord-Drehstützen, um sicherzustellen, dass die Stalls, insbesondere Power-On-Stalls, nach innen begannen, um Probleme mit der seitlichen Kontrolle zu minimieren.

Die Idee war, die Kontrollierbarkeit während des Kampfmanövers zu maximieren. Nach innen gerichtete Drehstützen verbessern die Motorausgangsleistung, jedoch auf Kosten einer verringerten seitlichen Stabilität bei hohen Leistungseinstellungen und großen Anstellwinkeln aufgrund der Auslösung des Außenbord-Stalls.

Was hat das damit zu tun, dass der XP-82 Startprobleme hat? Nun, es flog tatsächlich so, und es gibt einige Fotos davon, wie es mit diesen Außenbord-Drehstützen fliegt.

Das Problem bestand darin, dass in einer Dreipunktlage auf dem Boden (Stallwinkel des Flügels) der Mittelabschnitt des Flügels den Luftstrom zum Stabilisator / Höhenruder ausblendete. Um abzuheben, musste man bei Geschwindigkeit auf die Bremse treten, um den Stab in einen klaren Luftstrom für die Höhenrudersteuerung zu heben und das Flugzeug etwas über die maximale AoA-Stallgeschwindigkeit hinaus beschleunigen zu lassen, bevor es in die Luft ging. So ein Spornrad-262-Prototyp. Keine schwierige Technik für Testpiloten, aber nichts, was die normalen Piloten tun müssen.

Die ideale Lösung besteht darin, den Stabilisator anzuheben, die schnelle und einfache Lösung besteht darin, die Propeller umzukehren, um den Luftstrom mit drei Punkten zum Stab zu verbessern.