Wie wird die Bereichsregel auf Flugzeuge wie den A380 angewendet?

Wikipedia sagt, dass aufgrund der Auswirkungen der Flächenregel auf den Wellenwiderstand:

Flugzeuge müssen sorgfältig so angeordnet werden, dass der Rumpf an der Stelle des Flügels verengt oder "tailliert" wird, damit sich die Gesamtfläche nicht wesentlich ändert.

So viel macht für mich Sinn. Obwohl es etwas schwer zu sagen ist, verstehe ich, dass in dem dort bereitgestellten Bild der grüne Kreis zur Vorderseite des Flugzeugs ungefähr die gleiche Fläche wie der blaue Kreis und die Linien durch den Flügelquerschnitt haben soll:

Beispielebene für die Gebietsregel von Wikipedia
Alle Bilder aus Wikipedia , sofern nicht anders angegeben

Dies wird auf dem Bild des F-106 Delta Dart deutlicher, wo man leicht die Taille der Cola-Flasche sehen kann, wo die Flügel am breitesten sind:

F-106!Das ist ein tolles Bild! Du könntest es den ganzen Tag anstarren, oder?

Peter Kämpf liefert in seiner Antwort hier sogar eine schöne Erklärung der Flächenregel , einschließlich einer Zeichnung aus dem Junkers-Patent zu diesem Thema:

Junkers Patentbild
Bild von Peter in seiner Antwort gepostet, auf das oben verwiesen wird

In diesem Bild kann ich sehen, wie die Bereiche durch mehrere Linien über Rumpf, Flügel und Motoren alle (ungefähr) gleich sein sollen.

Was ich nicht verstehe, ist, wie dies auf Verkehrsflugzeuge wie den Airbus A380 angewendet wird, von denen sie sagen, dass sie Folgendes sind:

zeigt eine offensichtliche Flächenregelformung an der Flügelwurzel

in bezug auf dieses bild:

Die weiche, verletzliche Unterseite eines A380

Mir scheint, dass der Querschnitt an der Flügelwurzel aus dem gleichen Bereich an der Vorderseite des Flugzeugs besteht (ungefähr hinter dem Cockpit scheint dort zu sein, wo der maximale Durchmesser erreicht wird), plus dem Bereich der Flügelwurzel, plus dem Bereich durch den Flügel, plus den Bereich durch ein Triebwerkspaar (abhängig davon, wo genau Sie den Querschnitt machen). Aus meiner Sicht gibt es keine Verschlankung des Körpers, um die Fläche durch den Flügelquerschnitt gleich der Fläche des Querschnitts direkt hinter dem Cockpit zu machen.

Diese Aufnahme von oben eines anderen A380 zeigt, dass es keine Coke bottleTaille in der Nähe der Flügel gibt:

A380 von oben

Sehe ich das nicht richtig, oder verstehe ich die Gebietsregel nicht richtig?

Ich habe Ihren Link überprüft, aber ich sehe keine Erwähnung der Gebietsregel. Bist du sicher, dass der Link richtig ist? Darüber hinaus stimme ich Ihrem Standpunkt zu, und mir scheint, dass die Bereichsregelung am deutlichsten an den großen Schoten an der Hinterkante zu erkennen ist und nicht an etwas an der Flügelwurzel.
@ROIMaison: Welchen Link halten Sie für falsch? Für mich sieht es so aus, als ob alle Links, von denen ich erwartet hatte, dass sie sich auf Gebietsregeln beziehen, sich auf Gebietsregeln beziehen.
@ROIMaison nicht sicher, auf welchen Link Sie sich beziehen, aber der erste führt direkt zur Wiki Area Rule-Seite ...
Entschuldigung, ich habe mich verlesen, ich dachte, der A380-Artikel würde über die Gebietsregelung des A380 sprechen, aber es war der Artikel über die Gebietsregelung. Bitte ignorieren Sie meinen Kommentar.
Dieses Bild scheint einige Konturen hinter dem Flügel besser zu zeigen.
Interessant, @mins, die Flügelwurzelhülsen scheinen ziemlich abrupt zu enden, zumindest aus diesem Winkel.
Sie können mit einem interaktiven 3D-Modell auf ClaraIO spielen. Beispiel für die Ausgabe.

Antworten (3)

Zunächst einmal sollte nicht die Fläche gleich sein, sondern die Flächensteigung entlang der Strömungsrichtung sollte flach sein. Der minimale Luftwiderstand bei einem gegebenen Volumen kann erreicht werden, wenn die Flächenverteilung die eines Sears-Haack-Körpers ist . Idealerweise gilt diese Regel nur bei Mach 1 , und sobald Sie schneller fahren, sind die Querschnitte, auf die es ankommt, die entlang eines Mach-Kegels, nicht die des Flugzeugquerschnitts.

Beim Unterschallflug ist die Strafe für die Vernachlässigung der Flächenregel gering; es spielt nur eine Rolle, wenn die lokale Strömung vor einer Kontraktion der Kontur des Flugzeugs Überschall ist. Die Unterschallströmung würde sich verlangsamen, während die Überschallströmung weiter beschleunigt und zu einem widerstandsintensiven Stoß stromabwärts führt. Wenn Sie etwas hinzufügen, um die Kontraktion aufzufüllen, werden die Druckgradienten reduziert und idealerweise der Schock vermieden. Dadurch wird die Gebietsregelung dazu beitragen, den Beginn des Mach-bedingten Luftwiderstandsanstiegs zu verschieben, und es Flugzeugen ermöglichen, etwas schneller zu fliegen. Ehrlich gesagt kann ich die "offensichtliche" Flächenregelformung beim A380 nicht erkennen - für mich ist dies eine klassische Unterschallaerodynamik, die versucht, scharfe Druckgradienten im Bereich der hinteren Belastung des Flügelprofils zu vermeiden. Vor allem die äußeren Triebwerksmasten könnten besser gemacht werden, aber ich schweife ab.

Für Verkehrsflugzeuge ist es viel wichtiger, einen konstanten Rumpfquerschnitt zu haben, was das Strecken des Rumpfes einfacher macht und viel einfacher zu bauen ist. Den Rumpf zu beherrschen lohnt sich einfach (noch) nicht, wenn Ihre maximale Reisegeschwindigkeit nur Mach 0,85 beträgt. Es reicht aus, einige Küchemann-Körper hinzuzufügen , um Druckgradienten zu glätten.

Unten ist ein Vergleich eines Pfeilflügels bei Mach 0,9, links sauber und rechts mit Küchemann-Körpern. Beachten Sie die massive Strömungsablösung auf dem linken Flügel, während das Strömungsmuster auf dem rechten Flügel eine anhaftende Strömung zeigt.

Mach 0,9 Flügelvergleich

Mach 0.9 Flügelvergleich ( Bildquelle )

Also sind die „Schoten“ an der Flügelwurzel wirklich nur da, um die Querschnittszunahme zu glätten, wenn die Vorderkante des Flügels in den Querschnitt kommt? Ähnlich wie die Flügelleisten auf einem FA-18 .
@FreeMan: Nein, es geht darum, einen steilen Druckanstieg im hinteren Teil auf der unteren Seite des Flügels zu vermeiden. Dort hat das Profil viel Wölbung und wird schnell verdünnt, um Auftrieb zu gewinnen und Klappen mit hoher Wölbung zu ermöglichen. Ohne die Beule in der Rumpfverkleidung und den Landeklappenverkleidungen kann sich die Strömung dort bei geringen Anstellwinkeln ablösen. Das allgemeine Konzept besteht darin, das Hinzufügen von zwei Druckerhöhungen, der des Flügels und der des Rumpfs, an derselben Längsstation zu vermeiden.
Ich glaube, ich folge dir. Das stimmt jedoch (meiner Meinung nach) nicht mit dem überein, was der Wiki-Artikel sagt. Habe ich den Wiki-Artikel falsch interpretiert, ist er falsch, oder bringe ich einfach nicht alle Teile zusammen?
Die Bauchverkleidung dient dazu, Supergeschwindigkeiten zu verhindern, sie hat nichts mit der Flächenregel zu tun
@FreeMan: Der Wiki-Artikel klingt, als ob die Bereichsregel das einzige ist, was beim Design zu berücksichtigen ist. Der hintere Teil des Schaufelblatts ist dort, wo die niedrigste Strömungsgeschwindigkeit zu finden ist, und das ist der Teil, der eine Flächenregelung benötigt? Klingt seltsam, oder? Und wulstige Verkleidungen direkt hinter der Flügelwurzel sind nicht gerade eine "Koks-Flaschenfüllung" des Rumpfes. In Wahrheit sind sowohl Flächenregelung als auch Entkopplungsdruckanstiege verwandte Konzepte, die zu denselben Konturen führen. Der Wiki-Artikel könnte verbessert werden, wenn er dies auch erwähnen würde.
Könnten Sie für diejenigen von uns, die sich nicht mit der schwarzen Kunst der Aerodynamik auskennen, etwas mehr von dem beschreiben, was wir auf den Flügelbildern sehen? Ich würde vermuten, dass das Weiß Rauch ist, damit wir den Luftstrom sehen können. Die "massive Strömungstrennung", die Sie in A) erwähnen, ist die weiße Linie, die den größten Teil der Länge des Flügels ausführt? Steigt diese Luft (in der Z-Achse) vom Flügel auf und ändert die Richtung in der Ebene (Y-Achse) des Flügels oder etwas ganz anderes?

Bei Verkehrsflugzeugen wird es durch die Verwendung dieser scharfen Schoten unter den Flügeln aufgetragen .

Ein Cola-Flaschen-ähnlicher Rumpf wäre für die interne Anordnung und Frachtbeladung äußerst unpraktisch, daher wird er bei Verkehrsflugzeugen nicht verwendet, obwohl er wahrscheinlich die Effizienz ein wenig verbessern könnte.

Was gemacht wird ist:

  • Die vor den Flügel verschobenen Triebwerke tragen dazu bei, die Zunahme der Querschnittsfläche um die Flügelvorderkante herum auszugleichen.
  • Die vergrößerten Klappenführungsverkleidungen, auch bekannt als Anti-Schock-Körper, tragen dazu bei, die Abnahme der Querschnittsfläche um die Flügelhinterkante herum auszugleichen.
Die Idee ist also, den Querschnitt (oder Frontbereich) so langsam wie möglich zu vergrößern (dh die Vorderseite der Triebwerksgondel wird passieren, und Sie können sie nicht wirklich nach vorne / hinten strecken), nicht unbedingt, um sie beizubehalten es konstant von vorne nach hinten?
@FreeMan: Ja. Denn das besagt die Flächenregel: dass sich der Querschnitt fließend ändern soll.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier sind ein paar Bilder zur Visualisierung des Ölflusses. Vermutlich werden sie mit der gleichen Machzahl und dem gleichen Auftriebskoeffizienten genommen. Das linke Bild scheint die obere Oberfläche des Flügels mit Strömungsablösung zu zeigen, wo der Stoß auf die Oberfläche trifft. Die Tragflächenabschnitte stammen wahrscheinlich aus der Zeit vor überkritischen Konstruktionen. Das rechte Bild zeigt die Anwendung von Kuchemann-Karotten (oder Whitcomb-Verkleidungen). Die Strömung scheint stoßfrei zu sein.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das untere Bild zeigt die Anwendung dieser Verkleidungen auf die Convair 990. Ich denke, ich liege richtig, wenn ich sage, dass überkritische Tragflächenabschnitte, die den Stoß schwächen sollen, den Vorteil dieser Verkleidungen zunichte machen.

Mir ist nicht klar, dass die Klappenverkleidungen des A380 (und vieler anderer Flugzeuge) den gleichen (oder ähnlichen) Effekt haben, da die Strömung auf der Unterseite des Flügels bei nahezu allen Betriebsbedingungen unterkritisch ist, wie bei Peter Kampf weist darauf hin. Seine Analyse impliziert, dass der Vorteil nicht auf die Regelung des transsonischen Bereichs zurückzuführen ist, sondern auf andere aerodynamische Effekte, und ich bin mir sicher, dass er Recht hat.

Wie wird die Bereichsregel auf Flugzeuge wie den A380 angewendet?
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