Is er iets mis met dit meer symmetrische vliegtuigontwerp en waarom wordt het niet gebruikt?

8

Ik stel me een vliegtuigontwerp met een vaste vleugel voor dat meer symmetrisch is dan wat ik vandaag zie. Dit symmetrische ontwerp heeft vleugels in het midden van de romp (geen hoge vleugel noch lage vleugel), en de schouderriem is een symmetrisch kruis. Twee verticale vinnen, één boven en één onderaan en twee horizontale stabilisatoren. De romp van de staart zou ook symmetrisch taps toelopen, in plaats van de onderzijde met platte bovenkant die we tegenwoordig meestal zien. Hierdoor zou de romp dichter bij een Sears-Haack-lichaam komen, wat volgens mij ideaal is.

Met andere woorden, het lijkt veel op de XB-42 Mixmaster :

Negeerderaremotor.AFAIK,ditontwerpkanoveraleenmotorgebruiken.Trouwens,ditishetenigevliegtuigdatikkenmethetmiddenvleugelensymmetrischkruisstaartontwerp,ofhetnueenexperimenteelofeenproductievliegtuigis.)

Deredendatikmeditvoorstel,isdatdebesturingsoppervlakkenveelsterkerzijnuitgelijndmethetzwaartepunt.dusderoeren,liftenenrolroerenproducerengeenongunstigekoppelsindiengebruikt.Ikdenkdatditefficiënterzalzijn,vooralbijhetgebruikvantrims,enhetisookeeneenvoudigerontwerpvoorzoverikkanzien.

Omhetprobleemvanstaartaanvallenteomzeilen,stelikmeeenenkelstaartwielvoordateronderisbevestigd.Voorkleinevliegtuigenhoefthetmisschienniettewordenteruggetrokken.Voorgroterevliegtuigenweetikniethoeofwaarhetzichzouterugtrekken,maarmisschienkanereensoortaërodynamischschildrondomheenwordengeplaatst/geopend,zoalseen prolate of oblate spheroid shape.

(Een alternatief symmetrisch ontwerp is een X-vormige, gespannen, dezelfde vorm, slechts 45 graden geroteerd. Ik denk dat voor een bepaalde gier, de combinatie van bedieningsoppervlakken meer weerstand oplevert, maar het is een manier om de bodemvrijheid te vergroten .)

(Een meer exotische alternatief kan zijn om de startrotatie volledig te vergeten en alleen de opstijgsnelheid en de benodigde lengte te verhogen om letterlijk omhoog te stijgen zonder de neus op te steken. Dit is misschien niet haalbaar voor grote commerciële vliegtuigen.)

(Maar misschien is het het beste om canards toe te voegen met hun eigen liften, of all-moving canards, die de neus opduwen en draaien aan het stuur.)

Voor mij lijkt dit symmetrische ontwerp eenvoudiger en veelzijdig. Met veelzijdig bedoel ik dat het eruit ziet alsof het kan worden gebruikt voor kleine en grote vliegtuigen, of het nu een propellermotor of een straalmotor is, militair of civiel, en niet echt belangrijk waar de motoren zich bevinden.

Is er iets mis met dit ontwerp? Waarom wordt het niet vaker gebruikt? Eigenlijk ken ik geen enkel productievliegtuig met dit ontwerp.

Als iemand in deze configuratie kennis heeft van vliegtuigen, of deze nu experimenteel of productief zijn, geef dan een link zodat ik er meer over kan lezen en misschien enkele redenen voor het succes of de mislukking ervan ontdek.

    
reeks DrZ214 09.10.2016 / 04:50

4 antwoord

8

Het grootste probleem hierbij is de locatie van de hoofdligger - dwars door het midden van de romp. Dit is misschien geen probleem voor militaire of sportvliegtuigen met één stoel, maar zou een grote hoofdpijn zijn voor bijna elk ander ontwerp. Stel je voor dat je 100+ passagiers probeert te laden, waarbij 50% van hen moet klauteren over of onder een grote obstructie in de cabine.

Ja, je kunt hieromheen engineeren, maar de resulterende oplossing is waarschijnlijk zwaarder en complexer dan simpelweg de vleugel omhoog of omlaag en uit de weg bewegen.

    
antwoord gegeven 09.10.2016 / 06:20
7

Je hebt gelijk, een symmetrische lay-out zou mechanische vluchtcomplicaties zoals roerbewegingen die een rolmoment veroorzaken bovenop het beoogde giermoment. Maar zou het het waard zijn? Vliegtuigen vliegen meestal rechte banen en houden het manoeuvreren tot een minimum beperkt. De stuurautomaat zal de dwarskoppelingen prima verwerken en aerodynamisch gezien zijn de toegevoegde afbuigingen van het besturingsoppervlak te verwaarlozen.

Maar de nieuwe complicaties die met de ventrale vin komen, zijn moeilijker te negeren. Zoals je zei, zal de rotatie bij het opstijgen beperkt zijn en moet je opstijgen B-52-stijl . Merk op dat de B-52 al een hoge vleugel nodig heeft om te voorkomen dat zijn vleugeltips op de baan schuren wanneer er te weinig lift is om ze te buigen (het omhoog zetten van de stempelwielen zou ook een optie zijn, maar voegt gewicht toe). Nu zal het vliegtuig klimmen met een neus-naar-houding houding die wat betreft de voordelen en nadelen -a-nose-down-attit "> verhoogt de weerstand enigszins; . Alleen de bescherming voor de staartgemonteerde schroef van de ventrale staart rechtvaardigde zijn bestaan in de XB-42 (kijk op de Doe-335 voor een ander voorbeeld). Toen de XB-42 de jet-powered XB-43 werd, werd de ventrale vin verwijderd.

Of hoe moet u grote vracht laden en lossen, zoniet met een achterklep? De ventrale staart zou toegang tot deze oprit onmogelijk maken. Laden vanaf de voorkant heeft een sterkere en zwaarder neuswiel of extra stutten zoals op de An-124. Wee de bemanning die vergeet de veerpoot te laten zakken voordat de hoofdgevechtstank door de voordeuren wordt gelost. Deze complicatie doet zich nooit voor met een achterklep.

Nu voor de vorm van de romp: de symmetrische buis is niet zo slecht als de huidige opgaande staart, maar niet ideaal. Kijk naar zweefvliegtuigen: hier volgt de romp de upwash ahead en de downwash achter de vleugel om de minste weerstand te creëren. Maar nogmaals, dit zal de mogelijke rotatiehoek bij het opstijgen beperken. Vooral met wing sweep ben je beter af met een oplopende achterkant van de romp en een kortere baan. Denk aan al het verzet in de bevolking als je de start- en landingsbaan op alle grote luchthavens moet verdubbelen. Of wil je het nut van je nieuwe ontwerp beperken door het te beperken tot Edwards AFB ?

Symmetrie is alleen de moeite waard als het vliegtuig is ontworpen voor aerobatics . Zelfs dan is een symmetrische vleugelschoep veel belangrijker dan een symmetrische verticale stabilisator.

    
antwoord gegeven 09.10.2016 / 07:17
4

Je hebt gelijk dat er geen productievliegtuig is met een 'symmetrisch' ontwerp. Maar heel wat experimentele vliegtuigen hebben ze, met name de staartbevochtiger VTOL - merk op dat ze zelfs niet perfect symmetrisch zijn en de problemen laten zien.

Convair XFV Pogo door Geen informatie - US Navy, Public Domain, Link

Lockheed XFV 1 Public Domain, Link

Als we alleen naar deze vliegtuigen kijken, kunnen we enkele van de problemen zien die we in deze vliegtuigen zouden tegenkomen.

  • De hoofdboom zou door de romp moeten gaan, wat het gebruik van deze vliegtuigen ernstig zal beperken - het zou uiterst moeilijk zijn om ze te gebruiken in passagiers- en ladingdragende rollen (zelfs als het wordt gebruikt, is het laden een probleem worden tenzij je de cockpit omhoog opent).

  • Een lagere vin zou problemen veroorzaken. Tenzij u verticaal opstijgt (wat zelden de voorkeur heeft), moet de grootte van het landingsgestel worden verhoogd, zoals met een ernstige beperking in de rotatiehoek tijdens het opstijgen en de daarmee gepaard gaande problemen. Dit zal leiden tot gewichtsproblemen en baanbeperkingen.

  • Dan zijn er onderhoudsproblemen - als je de motoren moet vervangen (die voor symmetrie in de romp moet zitten), is de enige manier om de onderste staart te verwijderen (een beetje zoals de kiekendief, wiens vleugel verwijderd worden).

Elk vliegtuig moet zijn ontworpen voor productie en gebruik. Deze problemen zijn te moeilijk om het gebruik van symmetrische vliegtuigen te rechtvaardigen, behalve voor zeer specifieke doeleinden, zoals de XB-47 en Do-335 ontworpen voor snelheid en de XFV en XFV 1 ontworpen voor verticaal opstijgen.

Voor elk ander vliegtuig zouden de vereiste afwegingen te duur zijn om te rechtvaardigen. Waarom sleutelen aan wat werkt voor iets dat weinig praktische voordelen biedt (besturingselementen doen het prima zonder symmetrie, zelfs als er een probleem is, kunnen moderne stuurautomaten ze prima aan) of gewoon omdat het er goed uitziet op papier?

    
antwoord gegeven 09.10.2016 / 08:05
4

Gewoon om een zeer elementaire overweging toe te voegen aan de al goede antwoorden hier.

Hoewel er kleine voordelen kunnen zijn aan het hebben van de verticale staartsymmetrie, is er geen werkelijke symmetrie in het verticale vlak voor een vliegtuig, gewoon omdat elk vliegtuig lift moet produceren - wat de grootste aerodynamische kracht is. Het 'ideale' Sears-Haack-lichaam is alleen ideaal om te slepen, zonder rekening te houden met de noodzaak van lift.

Hierdoor wordt de luchtstroom niet-symmetrisch in het verticale vlak en dus zal het optimale lichaam niet symmetrisch zijn (zelfs vanuit het zuiver aërodynamische standpunt, voordat wij rondhouten enz. beschouwen).

Een hoge vleugel is bijvoorbeeld aërodynamisch het meest efficiënt in de meeste gevallen. Het heeft een positieve interferentie met de romp en zal vaak minder weerstand hebben dan de equivalente middenvleugel.

Zelfs op XB-42 kan het opvallen dat de horizontale staart hoog boven de vleugel is geplaatst. Dit wordt meestal gedaan om de effecten van de downwash vanaf de vleugel te verminderen.

    
antwoord gegeven 10.10.2016 / 03:44