Was sind die Vorteile eines nach vorne gepfeilten Flügels gegenüber einem nach hinten gepfeilten Flügel?

Es wurden nur wenige Flugzeuge mit nach vorne gepfeilten Flügeln gebaut. Am bemerkenswertesten war der X-29, den Sie oben abgebildet haben. Russland/UdSSR bauten erst 1997 eine weitere, die Sukhoi Su-47. Einer der größten Behauptungen hinsichtlich der Überlegenheit oder eines Vorteils eines nach vorne gekehrten Flügels war die erhöhte Manövrierfähigkeit. Im Fall der X-29 jedoch, wie in der Flugqualitätsbewertung des X-29A-Forschungsflugzeugs erwähnt ,

Die hohe Instabilität der Flugzeugzelle führte zu weit verbreiteten Vorhersagen extremer Manövrierfähigkeit. Diese Wahrnehmung hat sich in den Jahren nach dem Ende der Flugtests gehalten. Luftwaffentests bestätigten diese Erwartung nicht. Damit das Flugsteuerungssystem das gesamte System stabil hält, musste die Fähigkeit, ein Manöver leicht einzuleiten, moderiert werden. Dies wurde in das Flugsteuerungssystem programmiert, um die Fähigkeit zu erhalten, die Nickdrehung zu stoppen und zu verhindern, dass das Flugzeug außer Kontrolle gerät. Demzufolge konnte das gesamte System im geflogenen Zustand (auch mit dem Flugsteuerungssystem im Loop) nicht durch eine besondere gesteigerte Agilität charakterisiert werden. Es wurde der Schluss gezogen, dass der X-29 eine erhöhte Agilität hätte haben können, wenn er schnellere Steuerflächenaktuatoren und / oder größere Steuerflächen hätte.

Die Su-47 war in der Tat ein äußerst wendiges Flugzeug, das 9 G ziehen konnte, aber ihr unmittelbarer Vorgänger, die Sukhoi Su-37, war in der Lage, 10 G zu ziehen . Es ist also nicht klar, ob ein nach vorne gepfeilter Flügel wirklich positive Auswirkungen auf die Manövrierfähigkeit hat.

Die Stalleigenschaften sind jedoch sehr unterschiedlich. Luft neigt dazu, zum hintersten Ende des Flügels zu strömen. Bei einer Standardkonfiguration (hinten gepfeilter Flügel) bewegt sich dies natürlich von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze. Bei einem nach vorne gepfeilten Flügel bewegt sich dieser jedoch von der Flügelspitze zur Flügelwurzel.

Als Ergebnis wird der gefährliche Strömungsabriss an der Spitze einer rückwärtsgepfeilten Konstruktion zu einem sichereren und besser kontrollierbaren Wurzelströmungsabriss bei einer vorwärtsgepfeilten Konstruktion. Dies ermöglicht volle Querruderkontrolle trotz Auftriebsverlust und bedeutet auch, dass widerstandsbewirkende Nasenleistenschlitze oder andere Vorrichtungen nicht erforderlich sind. Wenn die Luft nach innen strömt, werden Flügelspitzenwirbel und der damit verbundene Luftwiderstand reduziert, stattdessen wirkt der Rumpf als sehr großer Flügelzaun, und da die Flügel im Allgemeinen an der Wurzel größer sind, verbessert dies den Auftrieb, was einen kleineren Flügel ermöglicht. Dadurch wird die Manövrierfähigkeit verbessert, insbesondere bei hohen Anstellwinkeln. Bei transsonischen Geschwindigkeiten bauen sich Stoßwellen zuerst an der Wurzel und nicht an der Spitze auf, was wiederum dazu beiträgt, eine effektive Querrudersteuerung sicherzustellen.

Aufgrund der Fähigkeit des X-29, die Spitzen seiner Flügel bei hohen Anstellwinkeln nach unten zu biegen , blieb der X-29 bei einem Anstellwinkel von 67 Grad steuerbar. Dank moderner Fortschritte bei der Schubvektorsteuerung ist der F-22 Raptor jedoch in der Lage, einen Anstellwinkel von über 60 Grad aufrechtzuerhalten .

Angesichts der inhärenten Instabilität und der Probleme mit zusätzlichen Belastungen des Flugzeugs für nur mäßige oder angenommene, aber nicht beobachtete Instabilitätsgewinne ist es unwahrscheinlich, dass wir in naher Zukunft Kampfflugzeuge mit nach vorne gepfeilten Flügeln sehen werden. Andere Technologien haben eine ähnliche oder verbesserte Leistung ermöglicht, ohne dass neue Konzepte erforderlich wären.

Vorteile:

• Die Flügelholmdurchführung kann hinter der Kabine platziert werden, sodass die Kabinenhöhe erhöht werden kann. Dies ist wichtig für Flugzeuge in Business-Jet-Größe.
• Die Grenzschicht an den Spitzen wird vom Innenflügel nicht beeinflusst. Die Steuerbarkeit kann bis zum Abwürgen aufrechterhalten werden.
• Aeroelastische Effekte erhöhen die Steuerbefehle. Dies sorgt für eine sehr reaktionsschnelle Flugzeugzelle.

Sie sind jedoch direkt mit diesen Nachteilen verbunden:

• Der Strömungsabriss erfolgt zuerst innenbords, was zu einem Pitch-up führt. Wenn das Heck nicht kompensieren kann, ist der Strömungsabriss nicht behebbar.
• Die aeroelastischen Effekte fördern das Flattern. Wenn festgestellt wird, dass die Flattergeschwindigkeit zu niedrig ist, muss der Flügel steifer gemacht werden, was zu einer Gewichtszunahme führt.

Diese beiden Nachteile wiegen die Vorteile für die meisten Designs leicht auf. Das erste nach vorne gepfeilte Design, die Junkers 287 , benötigte einen massiven, geschmiedeten Flügeldurchgang für Steifheit. Die Handhabung war großartig, aber die Leistung insgesamt war schlecht.

_{Ju-287 mit getufteten Flügeln und Raketen unter den Flügelmotoren. Das Stativ vor der Vertikalen hält eine verkleidete Kamera zur Beobachtung der Büschel während des Fluges. ( Bildquelle )}

In Kombination mit einem T-Leitwerk stellt die hintere Position der Wurzel eines vorwärts gepfeilten Flügels sicher, dass sich das Leitwerk in einem hohen Anstellwinkel im Kielwasser der Flügelwurzel befindet, was zu einem tiefen Strömungsabriss führen kann .

Die besten nach vorne gepfeilten Flügel findet man in der Natur: Vögel schwingen ihre Flügelspitzen nach vorne, wenn sie sich aufrichten und viel Auftrieb erzeugen wollen. Besonders für kurze Landungen ist der nach vorne gepfeilte Flügel ideal, wenn die Beine zum Zeitpunkt des Flügelabrisses auf dem Boden sind.

Für eine Lehrbuchübersicht: http://www.desktop.aero/appliedaero/potential3d/FSW.html

Beachten Sie, dass der Hansa Jet eigentlich ein Serienflugzeug mit nach vorne gepfeilten Flügeln war und 2 Segelflugzeugtypen, die ich regelmäßig flog, auch nach vorne gepfeilte Flügel hatten (aus Gründen der Sichtbarkeit: Schleicher Ka7 und Ka13).

R.

Auch Zlin 142 hat einen nach vorne gepfeilten Flügel.

Nicht aus aerodynamischen Gründen, sondern um die Piloten in den Schwerpunkt und den Holm dahinter zu stellen.

Die Segelflugzeuge Blanik L-13 und Scheibe Bergfalke hatten nach vorne gekehrte Flügel, es scheint, dass dies hilft, die Freiheit bei der Einstellung des Schwerpunkts in Bezug auf das Druckzentrum und die Platzierung des Piloten zu erhöhen. Vorteile von nach vorne gepfeilten Flügeln können hauptsächlich im niedrigen Geschwindigkeitsbereich, beim Start und bei der Landung liegen. Ich bin mir nicht sicher, ob Ju-287 ein Fehlschlag ist, es gibt Berichte, dass sie in sowjetischen Händen 1.000 km/h erreichte, gut für einen Bomber, aber die Entwicklung des Konzepts wurde eingestellt, sie haben möglicherweise einige schwerwiegende Probleme festgestellt. Ein schwanzloses US-Flugzeug der späten 40er Jahre verwendete diese Anordnung, NASA / NACA, Cranfield-Repository hat Dokumente darüber, auch YouTube-Videos existieren