Was sind die Nachteile eines schwanzlosen ultraleichten Designs?

Als wir das SB-13 entworfen haben , dachten wir auch, dass es sich nicht so sehr von einem normalen Layout unterscheidet. Junge, lagen wir falsch.

Es beginnt mit der Bodenabfertigung: Normale Flugzeuge haben einen gewissen Abstand zwischen Vorder- und Haupträdern, und noch mehr zwischen Haupträdern und Hecksporn bei Taildraggern. Dies macht sie ziemlich stabil in der Tonhöhe auf unebenen Oberflächen. Wenn beide Räder nahe beieinander stehen, weil es wenig Rumpf gibt, um sie auseinander zu halten, wird jede Unebenheit auf einer Rasenfläche zu einem starken Nicken. Das ist ärgerlich .

Schlimmer wird es beim Abheben: Die geringe Nickdämpfung (jetzt rede ich von der aerodynamischen Sorte) führt dazu, dass jede Bö das leitwerkslose Flugzeug in einen spürbaren Kurzzeitmodus versetzt . Das ist normalerweise so stark gedämpft, dass der Pilot es gar nicht bemerkt. In einem schwanzlosen Flugzeug reicht die Dämpfung gerade aus, um die Bewegung zu stoppen, sobald eine beträchtliche Änderung der Neigung aufgetreten ist. Natürlich wird der Pilot versuchen, dagegen anzusteuern, aber mit der unvermeidlichen Verzögerung eines Menschen im Regelkreis. Das bedeutet, dass die Gegenbewegung das Flugzeug jetzt gegen die Anfangsbewegung kippen lässt, genau dann, wenn die natürliche Stabilität dasselbe tut, sodass ein Überschwingen folgt. Entweder unterdrückt der Pilot den erlernten Reflex, die Nickbewegung aktiv zu stoppen oder es folgt eine vom Piloten induzierte Oszillation. Das ist noch ärgerlicher.

So viel zu den lästigen Sachen. Das absolut Gefährliche wäre:

• Kopplung zwischen schnellem Periodenmodus und Flügelbiegung. Flattern bei niedriger Drehzahl ist die Folge.
• Üble Stall-Eigenschaften, sobald die Kombination aus Sweepback und Seitenverhältnis eine bestimmte Schwelle überschreitet . Für einen 20°-Sweep wäre dies ein Seitenverhältnis größer als 7.

Sie haben Recht mit der größeren Flügelfläche, aber dies trägt tatsächlich dazu bei, den Holm leichter zu machen, da mehr Höhe zum Platzieren vorhanden ist. Es sei denn, Sie müssen den Holm versteifen, um seine Biegeeigenfrequenz über die des schnellen Periodenmodus zu verschieben Ihr zulässiger Geschwindigkeitsbereich (plus 20 % Sicherheitsmarge ).

Diese Frage ist seit 1910 umstritten und zeigt noch keine Anzeichen einer Klärung. Einige Ihrer Intuitionen über die Probleme des schwanzlosen Pfeilflügels sind häufige Fehler.

Vielleicht ist der beste Weg, sich dem Design zu nähern, "den Schwanz an das Ende des Flügels zu setzen".

Einige Beobachtungen zu seinen Vorteilen:

• Ja, es gibt eine größere Flügelfläche, aber es gibt keine Heckstruktur, so dass das Gleichgewicht zwischen Vorteilen und Nachteilen alles andere als offensichtlich ist. Obwohl die Extrapolation auf Überschallgeschwindigkeit dürftig ist, können wir feststellen, dass die meisten rekordbrechenden Jets schwanzlos waren.
• Prandtl zeigte um 1930, dass eine ausreichende Auswaschung der Spitzen, um einen bescheidenen Abtrieb auszuüben, die strukturellen Belastungen im Vergleich zu einem herkömmlichen Flügel tatsächlich reduziert, und die NASA hat kürzlich seine Analyse überarbeitet.
• Wing Sweep verleiht dem Gieren eine gewisse Stabilität. Spitzenanhedrale kombiniert mit Auswaschung und Abwärtsschub fügt mehr hinzu. Für die Dunne D.7 von 1911 war dies ausreichend und sie wurde offiziell als stabil zertifiziert.

Einige Beobachtungen zu seinen Nachteilen:

• Ruder sind ziemlich wirkungslos. Die beste Lösung ist die Verwendung von Schlepprudern - geteilte Steuerflächen an der Hinterkante des Außenflügels, manchmal kombiniert mit den Querrudern. Bei dem gezeigten Mitchell-Design wird nur das innere Ruder für eine Wende bewegt und es funktioniert eher als Schleppruder als als herkömmliches; sie können sogar gegensinnig zusammen als Luftbremse betrieben werden.
• Aufgrund der geringen Trägheit beim Nicken besteht eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Nickkräften. Aus demselben Grund wie Ruder ist es jedoch schwierig, die Neigungssteuerung wirksam zu machen. Geoffrey de Havilland bemerkte zum DH.108, dass "die Empfindlichkeit vorhanden ist, aber nicht in großem Ausmaß". Aber ohne sehr sorgfältiges Design kann das Endergebnis etwas lebhaft und anfällig für Dutch Roll sein; Der berühmte Testpilot „Winkle“ Brown beschrieb die GAL 56 als das am schlechtesten zu handhabende Flugzeug, das er je geflogen war.
• Die Längstrimmung reagiert empfindlich auf den Schwerpunkt und daher ist der Schwerpunktbereich klein. Die Änderungen des Anstellwinkels durch CG-Änderungen wirken sich nicht auf die Tonhöheninstabilitäten aus.
• Ein schärferer Sweep hilft, erhöht aber auch die seitliche Strömung und die damit verbundenen Ineffizienzen.
• Es ist schwierig, die Spitzen beim Abheben vom Boden fernzuhalten. Hätten Peter Kampf und seine Freunde (siehe seine Antwort) die Autobiographie von Westlands Testpilot Harald Penrose gelesen, wären sie vor der unangenehmen Fahrt über die Westland-Hill Pterodctyls gewarnt worden.