Что диктует соотношение сторон крыла самолета?

Вопросы / ответы › Что диктует соотношение сторон крыла самолета?

0 +1 -1

flyman Админ. спросил 5 лет назад

При проектировании самолета должно быть принято решение относительно соотношения сторон крыла. Было сказано, что наличие более высокого аспекта крыла уменьшит сопротивление для той же самой области крыла, однако большую часть времени крылья короче, чем они могут быть. Поэтому мой вопрос в том, что именно диктует соотношение сторон крыла, и почему они не делают их как можно дольше?

Источник

Теги вопроса:aircraft-design, wing, крыло летательного аппарата

3 ответ

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Соотношение сторон-это соотношение, основанное на размахе и хорде крыльев самолета. Размах-это длина крыльев, измеряемая от кончика крыла до кончика крыла; хорда-это «глубина» крыла от передней кромки до задней кромки, измеряемая по прямой линии.

Поскольку очень немногие самолеты имеют постоянные формы плана аккордов, для этого требуется не очень причудливая формула для вычисления (источник: НАСА) , чтобы мы могли эффективно усреднить аккорд:

A R = \frac{b^{2}}{S}

$AR=\frac{b^2}{S}$

Где:

$A R =$

A R =

$AR=$ Формат изображения

$B =$

B =

$B=$ Размах крыльев

$S =$

S =

$S=$ Площадь крыла

Математика в сторону, соотношение сторон выбирается на основе роли или требований самолета. Потребность в маневренности диктует низкое соотношение сторон, как и потребность в компактности. В обоих случаях истребители и самолеты Буша выигрывают от маневренности и небольшого размера. Высокие пропорции обеспечивают большую эффективность круиза, но могут иметь плохие посадочные характеристики (высокое сопротивление на низких скоростях или высокие углы атаки из-за фронтальной области), которые часто компенсируются высокоподъемными устройствами, такими как закрылки и предкрылки.

На вторую половину вашего вопроса: даже когда требуется высокое соотношение сторон, крылья не делаются как можно дольше по двум причинам.

Первое структурно; гнуть усилия связанные с крыльями весьма длины, наилучшим образом, весьма, и необходимы материалы довольно космос-возраст. См.высокопроизводительные планеры, или в сумасшедшем конце, солнечные или человеческие самолеты, для примеров этого. Это просто трудно сделать при размерах авиалайнера.

Вторая причина более практична: пространство дорого. Чрезвычайно высокое соотношение сторон крыла занимает тонну пространства относительно остальной части самолета. В попытке компенсировать это, ранние 777s (которые имели больший размах, чем 767s и 747s) предлагались со складывающимися законцовками крыльев, но никто не купил этот вариант, и он упал.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Ну, честно говоря, вы поддерживаете, что крылья сделаны «как можно дольше», возможно, мы должны отредактировать его и сказать, что соотношение сторон крыла обрезается для максимальной эффективности с учетом всех аспектов 😉 но вы дали действительно хороший ответ на этот вопрос, спасибо, но, пожалуйста, сделайте мне одолжение: Википедия не является реальным источником…

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Для более высоких скоростей, увеличение путем уменьшение наведенного сопротивления возмещено постоянн поднимая паразитным сопротивлением. Это-также тема в скольжении, где постоянно увеличивающиеся пропорции бросают вызов более компактным проектам, которые работают лучше на более высоких скоростях.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Как правило, хороший ответ, но я хотел бы задать вопрос о том, что «рационы высокого аспекта имеют плохую посадочную характеристику». Увеличивающийся пропорционный рацион уменьшает вызванное сопротивление для данного лифта на всех скоростях, но вызванное сопротивление увеличивается с уменьшающейся скоростью, таким образом, крылья высокого аспекта обеспечивают большую пользу на медленной скорости. Поэтому они должны обеспечивать хорошие посадочные характеристики.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Новый 777, называемый 777X, будет иметь складывающиеся законцовки крыла по умолчанию.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Помимо этого отличного объяснения, кто-нибудь может помочь мне, как написать уравнение в этом stackexchange.com?

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Теперь я собираюсь совершить ересь, но продолжайте читать, чтобы получить объяснение:

Увеличение соотношения сторон крыла не изменит его индуцированного сопротивления. Увеличение пролета будет.

Коэффициент индуцированного сопротивления крыла $c_{D i} = \frac{c_{L}^{2}}{π \cdot A R \cdot ϵ}$

c_{D i} = \frac{c_{L}^{2}}{π \cdot A R \cdot ϵ}

$c_{Di} = \frac{c_L^2}{\pi\cdot AR\cdot\epsilon}$ , и это, по-видимому, указывает на то, что большее соотношение сторон AR уменьшит коэффициент индуцированного сопротивления $c_{D i}$

c_{D i}

$c_{Di}$ . Но только при том же коэффициенте подъема $c_{L}$

c_{L}

$c_L$ !

Теперь давайте посмотрим на реальные числа и сравним два крыла одинакового размаха, но разных пропорций. Для простоты крыло 1 имеет AR 5, а крыло 2 имеет AR 10. Предположим далее, что оба крыла имеют одинаковую массу. Поскольку оба крыла имеют одинаковый размах, крыло 1 имеет удвоенную площадь крыла 2. Чтобы создать такую же подъемную силу, крылу 1 требуется только половина подъемной силы на площадь, чем крылу 2! Это означает, что его $c_{L}$

c_{L}

$c_L$ только половина как большой как то из крыла 2, и теперь позволяет посмотреть наведенное сопротивление снова: $D_{i} = q_{\infty} \cdot S \cdot c_{D i}$

D_{i} = q_{\infty} \cdot S \cdot c_{D i}

$D_i = q_\infty\cdot S\cdot c_{Di}$

Крыло 1: $D_{i_{1}} = q_{\infty} \cdot S_{1} \cdot \frac{c_{L_{1}}^{2}}{π \cdot A R_{1} \cdot ϵ}$

D_{i_{1}} = q_{\infty} \cdot S_{1} \cdot \frac{c_{L_{1}}^{2}}{π \cdot A R_{1} \cdot ϵ}

$D_{i_1} = q_\infty\cdot S_1\cdot\frac{c_{L_1}^2}{\pi\cdot AR_1\cdot\epsilon}$

Крыло 2: $D_{i_{2}} = q_{\infty} \cdot S_{2} \cdot \frac{c_{L_{2}}^{2}}{π \cdot A R_{2} \cdot ϵ} = q_{\infty} \cdot 0.5 \cdot S_{1} \cdot \frac{4 \cdot c_{L_{1}}^{2}}{π \cdot 2 \cdot A R_{1} \cdot ϵ} = D_{i_{1}}$

D_{i_{2}} = q_{\infty} \cdot S_{2} \cdot \frac{c_{L_{2}}^{2}}{π \cdot A R_{2} \cdot ϵ} = q_{\infty} \cdot 0.5 \cdot S_{1} \cdot \frac{4 \cdot c_{L_{1}}^{2}}{π \cdot 2 \cdot A R_{1} \cdot ϵ} = D_{i_{1}}

$D_{i_2} = q_\infty\cdot S_2\cdot\frac{c_{L_2}^2}{\pi\cdot AR_2\cdot\epsilon} = q_\infty\cdot 0.5\cdot S_1\cdot\frac{4\cdot c_{L_1}^2}{\pi\cdot 2\cdot AR_1\cdot\epsilon} = D_{i_1}$

Если оба имеют одинаковую эффективность пролета $ϵ$

ϵ

$\epsilon$ , оба имеют одинаковое индуцированное сопротивление при одинаковом подъеме. Для уменьшения индуцированного сопротивления требуется увеличение пролета, независимо от соотношения сторон.

Однако более высокое соотношение сторон крыла имеет преимущества:

Более низкая поверхностная зона значит меньше сопротивления трением
Меньшая площадь поверхности также означает меньшую массу, по крайней мере, при умеренных пропорциях.
Меньшие моменты качки, требующие меньшего хвостового оперения

но и недостатки:

Меньший внутренний объем для топлива или шасси
Нужны более сложные высокие подъемные устройства для той же скорости посадки

В конце концов, хорду крыла выбирают так, чтобы минимизировать массу крыла и получить минимально необходимый объем топлива, а соотношение сторон является лишь следствием выбранного размаха крыла. Управлять массой крыла вниз также уменьшает наведенное сопротивление, и $ϵ$

ϵ

$\epsilon$ из современных крыльев авиалайнера составляет всего 0,75-0,8, что показывает, насколько мало значения имеет коэффициент индуцированного сопротивления для нахождения общего оптимума.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Ого, это точно ересь. Никогда даже не думал, что такой ответ был возможен, но это имеет смысл, чем больше вы думаете об этом.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@Яхсавес: это действительно имеет смысл. Это меньше ересь, чем прояснение недоразумения, но чтение статей Википедии (и других веб-страниц) цементирует мнение в умах людей, которое трудно изменить, как только оно было закреплено бесконечным повторением.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Ваши ответы на этом сайте разрушили по крайней мере тысячу заблуждений. Мне всегда нравится читать знания, которыми Вы делитесь. Это соответствует тому, что вы всегда говорите о том, что перетаскивание является следствием создания лифта по конечной длине. Не конечное соотношение сторон.

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Чтобы ответить на ваш вопрос, возможно, полезно вспомнить, почему более высокое соотношение сторон генерирует меньше перетаскивания. Более высокий коэффициент сжатия причиняет более менее наведенное сопротивление на таком же подъеме чем крыло с более низким коэффициентом сжатия. Хорошо, нам нужно определенное количество подъема и наша цель получить этот подъем как можно более эффективным. less drag, less drag less fuel burn, less fuel burn -> higher efficiency — perfect, but there are maybe other ways to reduce drag and safe for example space, or weight — a longer leading edge creates more form drag and where do you park this giant aircraft and it means a lot of weight to get sufficient strength for this giant wing — weight needs lift to fly and more lift causes more drag.» data-translation=»Давайте сделаем это: более высокое соотношение сторон -> меньше сопротивления, меньше сопротивления меньше топлива горит, меньше топлива горит ->> более высокая эффективность — идеально, но есть, возможно, другие способы уменьшить сопротивление и безопасно, например, пространство или вес — более длинный передний край создает больше сопротивления формы и где вы паркуете этот гигантский самолет, и это означает много веса, чтобы получить достаточную силу для этого гигантского крыла — вес нуждается в подъеме, чтобы летать и» data-type=»trSpan»>Давайте сделаем это: более высокое соотношение сторон -> меньше сопротивления, меньше сопротивления меньше топлива горит, меньше топлива горит ->> более высокая эффективность — идеально, но есть, возможно, другие способы уменьшить сопротивление и безопасно, например, пространство или вес — более длинный передний край создает больше сопротивления формы и где вы паркуете этот гигантский самолет, и это означает много веса, чтобы получить достаточную силу для этого гигантского крыла — вес нуждается в подъеме, чтобы летать и

Хорошо, я думаю, теперь ясно, что недостаточно рассмотреть только один способ настройки эффективности вашего самолета. Есть также хорошие возможности, такие как крылышки, чтобы уменьшить индуцированное сопротивление только для небольшого дополнительного веса, а также немного дополнительного сопротивления помехам или хорошего диапазона возможных CGs, который требует левой отрицательной подъемной силы на хвосте = меньше подъемной силы, необходимой на крыле. Новые материалы и методы дизайна также позволяют работать на все во всей форме крыла которое увеличивает эффективность быстро. Построение хорошего самолета-это поиск хорошего баланса, поэтому вы не можете просто сосредоточиться только на одном возможном решении.

Я надеюсь, что мой проводной разговор может помочь вам немного, извините, что я летаю этот материал, и я думаю, все мои коллеги счастливы, что я его не строю 😉