Welche Vorteile bietet der Flügel der Boeing Bird of Prey?

Hintergrund

Da die Antwort von @aeroalias nur das wiedergibt, was in Wikipedia gesagt wird, werde ich ein paar weitere Gedanken hinzufügen (allerdings ohne die Bilder gibt es bereits viele in der anderen Antwort).

Zunächst einmal ist das Design für den Überschallflug gedacht, aber die Entwicklung wurde von McDonnell-Douglas privat finanziert und musste die Kosten niedrig halten. Infolgedessen verwendete das Demonstratorflugzeug ein Triebwerk der Schubklasse von 3000 lb ( Pratt & Whitney Canada JT15D5C ), das eher in Militärtrainern und Geschäftsflugzeugen als in Kampfflugzeugen verwendet wird. Dies hielt die Höchstgeschwindigkeit des Flugzeugs und die aerodynamischen Kräfte niedrig, was dazu beitrug, die Systeme einfach und die Struktur klein zu halten. Ein Serienflugzeug wäre viel größer und hätte einen viel stärkeren Motor.

Als McDonnell-Douglas Ende der achtziger Jahre nicht für das ATF-Programm ausgewählt wurde, beschlossen sie, sich mit dem Bau eines Demonstrators einen Namen zu machen, der ihre Expertise im Bereich Low Observables demonstrieren sollte. Sie hatten ihr eigenes Designbüro für schwarze Programme namens Phantom Works gegründet, das den Ansatz von Lockheed mit ihrer Skunk Works - Niederlassung widerspiegelte.

Das Flugzeug

Etwa die Hälfte des Auftriebs im Horizontalflug wird vom vorderen Rumpf erzeugt. Wikipedia sagt, es sind die Chines, aber sie provozieren nur die Erzeugung eines Wirbelpaares, genau wie bei einem Deltaflügel, und der durch die Geschwindigkeiten dieses Wirbels verursachte Unterdruck erzeugt Auftrieb am vorderen Rumpf. In gewisser Weise ist der Bird of Prey ein Canard-Flugzeug .

Die andere Hälfte des Auftriebs wird von den Flügeln beigesteuert, die aufgrund des hohen Pfeilungswinkels der Vorderkante wiederum einen Wirbelauftrieb erzeugen. Die Dieder des Innenflügels wurde dazu gewählt

• Holen Sie die Spitzen nach oben, damit die Winglets/Flossen genug Platz haben, um nach unten zu zeigen. Beachten Sie, dass die Spitzen der Winglets zurückgeschnitten sind, um genügend Freiraum für die Drehung zu bieten. Dieser Cutback-Winkel gibt auch den Rotationswinkel und den Anstellwinkel bei niedriger Geschwindigkeit an.
• sorgen für ein negatives Rollmoment aufgrund von Seitenschlupf und verringern den Effekt der Winglets.

Regelmäßige, nach oben gerichtete Winglets haben eine Reihe von Nachteilen, einer davon ist die Induktion von Auftrieb am Flügel, wenn ihre Ruder ausgelenkt werden , was ein unerwünschtes Rollmoment erzeugt und verhindert, dass das Flugzeug in die beabsichtigte Kurve rollt. Nach unten zeigende Winglets halfen, das Flugzeug ohne Computersteuerung flugfähig zu machen, weil sie mithelfen

• Richtungsstabilität, möglich durch ihre hintere Position aufgrund der hohen Flügelpfeilung
• Rollmoment mit Ruderausschlag, das das Flugzeug in die Richtung der von den Rudern befohlenen Wende rollt.

Der hohe Sweep-Winkel wurde für das hohe Unterschallflugregime jeder Serienversion und zum Ablenken des zurückkehrenden Radarsignals vom Sender weg gewählt. Der Bird of Prey ist ein zweilappiges Design (siehe diese Antwort für weitere Details)

Die Boeing Bird of Prey ist in der Tat ein einzigartiges Flugzeug, das eher ein internes Projekt als ein von der Regierung finanziertes X-Projekt war. Es wurde hauptsächlich als Technologiedemonstrator für gering beobachtbare Technologien verwendet.

Der Bird of Prey ist für ein Flugzeug nur mit Flügeln (in dem Sinne, dass er keinen Stabilisator hatte) eher ungewöhnlich, da er statisch stabil war und keine Korrektureingaben von einem Computer erforderte. Diese Stabilität wurde durch den Auftrieb der Chines vor dem Rumpf erreicht.

Hier ist ein genauerer Blick auf die Chines.

Quelle: www.freerepublic.com

Die Chines erzeugen Auftrieb, indem sie Wirbel erzeugen (ähnlich wie beim Deltaflügel). Grundsätzlich erzeugen die Chines getrennte Wirbel auf beiden Seiten des Rumpfes, die Auftrieb erzeugen. Laut adg.stanford.edu,

Anstatt den Auftrieb des Flügels zu verringern, erhöhen die Vorderkantenwirbel den Flügelauftrieb auf nichtlineare Weise. Der Wirbel kann so betrachtet werden, als ob er die Drücke auf der oberen Oberfläche reduziert, indem er höhere Geschwindigkeiten auf der oberen Oberfläche induziert

Bild aus Effects of Vertical Tail and Inlet/Strake Geometry on Stability of a Diamond-Wing Fighter Configuration von Mitchell E. Fossum et al., zugänglich über http://enu.kz/

Um zu vergleichen, wie das Chine ähnlich wie ein Deltaflügel Auftrieb erzeugt, ist es aufschlussreich, die Wirbelströmungsmuster an einem schlanken (beschnittenen) Deltaflügel mit einem Chine-Vorderteil zu sehen.

Bild aus On the Nonlinear Aerodynamic and Stability Characteristics of a Generic Chine-Forebody Slender-Wing Fighter – Configuration by Gary E. Erickson and Jay M. Brandon, NASA Technical Memorandum 89447, Labeling mine.

Ein Beispiel eines Delta-Flügels mit einem Chine-Vorbau zeigt die zwei Wirbel, die von den Chines und dem stark gepfeilten Flügel erzeugt werden, ähnlich wie beim Bird of Prey.

Bild aus der aerodynamischen Analyse eines generischen Jägers mit einer Chine-Rumpf/Delta-Flügel-Konfiguration unter Verwendung einer verzögerten Detached-Eddy-Simulation von Tiger L. Jeans et al., Zugriff über calpoly.edu

Die auf die Längsachse des Flugzeugs wirkenden Kräfte sehen ungefähr so ​​​​aus (ich bin mir der genauen Werte oder Orte nicht sicher), was zu einem statisch stabilen Flugzeug führt.

Profil von bj-o23.deviantart.com, andere eigene Arbeiten.

Laut dictionary.sensagent.com (zugeschrieben The Radar Game von Rebecca Grant) helfen die Chines auch bei der Reduzierung des Radarquerschnitts :

Eine standardmäßige Vorderkantenverlängerung schließt sich in einem Winkel an den Rumpf an, während ein Kimm eine Verlängerung der Rumpfkrümmung ist. Daher vermeiden Chines, Radargeräten Eckreflektoren oder vertikale Seiten zu präsentieren.

Dieses Design ist seitdem Standard in (Boeing) UAVs wie X-45 usw. geworden.

Ein weiteres Merkmal ist, dass die Rumpfseiten parallel zueinander sind, was dazu beiträgt, den Radarquerschnitt zu reduzieren, indem die Radarwellen von der Quelle weg reflektiert werden.

Quelle: gizmodo.com

Das Flügeldesign ist ziemlich ungewöhnlich, ein polyedrischer Abschnitt mit zweiflächigen (nach oben abgewinkelten) Innenabschnitten und anhedralen (nach unten abgewinkelten) Außenabschnitten, die zu Tarnung und Stabilität beitrugen.

Quelle: Soldiersystems.net

Der Flügel hat einen ziemlich hohen Schwenkwinkel (~65 Grad) für ein langsames Flugzeug, um die Tarnung zu verbessern.

Die Hinterkante eliminierte Druckunterschiede über die Flügelspannweite und eliminierte daher Kondensstreifen in niedrigeren Höhen, die Wasserdampf haben, der zu ihrer Bildung führt. Dies ermöglicht den Einsatz dieses Stealth-Flugzeugs bei Tageslicht.