Каковы последствия очень гибких крыльев Boeing 787?

Вопросы / ответыКаковы последствия очень гибких крыльев Boeing 787?
0 +1 -1
flyman Админ. спросил 4 недели назад

Недавно я наткнулся на эту фотографию невероятного wingflex самолета Boeing 787 серии:

Я полагаю, что это следствие использования очень легких крыльев из углепластика, но как сам wingflex улучшает летные характеристики 787? Преимущества / недостатки также применяются к 747-8 (который IIRC также использует крылья CFRP)?

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Не ответ, просто хорошее видео на действительно невероятном flex для DG-1000: dg-flugzeugbau.de/Data/Videos/bruchversuch-i.wmv … Они также делают это для больших uns, таких как A380, что действительно страшно (но у меня нет видеосвязи под рукой).

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Связанный: airliners.net/aviation-forums/tech_ops/read.main/253605/1

flyman Админ. ответил 4 недели назад

@yankeekilo спасибо за обмен, это было довольно крутое видео. Я слышал, что они сильно подчеркивают крылья из углепластика, но не до предела, поскольку шрапнель от крыла из углепластика может быть довольно серьезной.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Только что нашел: airliners.net/aviation-forums/tech_ops/read.main/267122

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Это ужасный образ. Я действительно сомневаюсь, что крылья резко увеличиваются в длину, когда они сгибаются. Движение кончика крыла, несомненно, описывало бы что-то более близкое к дуге, чем вертикальная линия.

3 ответ
0 +1 -1
flyman Админ. ответил 4 недели назад

Отсюда:

Количество гибкого трубопровода действительно продукт материала. Крыло требует определенной предельной прочности; с металлом, который переводит в, Котор дали количество гибкого трубопровода. Это можно варьировать в пределах, но на самом деле именно материал, его жесткость и коэффициент предела текучести и его усталостные свойства контролируют, сколько изгиба вы собираетесь в конечном итоге. CFRP очень различный материал, и имеет очень меньше жесткости для такого же пункта выхода, и не имеет существенно никакие проблемы усталости. Это выгодно тем, что обеспечивает более плавную езду в условиях турбулентности; крыло действует по существу как гигантская листовая пружина. Однако есть некоторый лифт, потерянный из-за природы кривизны. Однако это относительно мало.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Как вы соотносите доходность и жесткость? Углепластик имеет более высокую удельную жесткость по сравнению с алюминием и сталью…

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Увеличивая жесткость, середины увеличивая масса, середины уменьшая выход/подъем. Этот материал обеспечивает высокую прочность с относительно низкой жесткостью / массой, что означает хорошее соотношение и, в свою очередь, последующий изгиб, который вы видите.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Но гибкий трубопровод в конструкции, не жесткости материала. Вы могли бы построить гораздо более жесткие крылья с углепластиком. CFRP (сделанный правильно) предлагает и превосходную жесткость&прочность, с относительным низким разрывным напряжением сравненным к алюминию. Однако я согласен с точкой усталости.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Вы могли бы построить гораздо более жесткие крылья с углепластиком. Однако увеличение массы уменьшит результирующую подъемную силу больше, чем наличие «плоских» крыльев.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Я хочу сказать, что CFRP вообще не показывает более низкую жесткость для заданного выхода. Гибкий трубопровод решение дизайна давая самый лучший компромисс, но не по существу должное к материалу.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 4 недели назад

Крылья Boeing 787 настолько гибки, потому что его материал из углеродного волокна может быть растянут больше, и высокое соотношение сторон 11 увеличит этот эффект. В полете все, что вы почувствуете, будет меньше тряски из-за порывов, потому что крыло будет демпфировать изменения нагрузки более эффективно. На земле крыло может иметь меньший зазор наконечника, потому что требуется меньше встроенного двугранного-остальное обеспечивается эластичностью крыла в полете.

Влияние на производительность немного отрицательное, но это очень слабый эффект. Его можно сравнить с сопротивлением качению жесткого велосипеда против велосипеда с подпружиненной рамой.

Величина изгиба для данного изгибающего момента зависит от трех факторов:

  1. Размах крыла: данная кривизна крыла из-за изгиба в корне крыла вызовет смещение наконечника, которое пропорционально расстоянию этого наконечника от корня.
  2. Spar heigt: эта кривизна растет с обратным квадратом высоты лонжерона. Более низкая относительная толщина крыла приведет к большему изгибу.
  3. Материал лонжерона: модуль Юнга материала описывает, насколько он растягивается для данного напряжения. Однако более важным является упругое удлинение при пределе текучести. Углеродное волокно имеет более высокий модуль Юнга чем алюминий, но эластично до повреждения, поэтому его можно протянуть больше и произвести больше гнуть на пределе текучести.

Числа: модуль Юнга алюминия довольно постоянен для широкого диапазона сплавов и обычно 70,000 MPa или N/mm2. Модуль графитовых волокон зависит от их производственного процесса и варьируется между 200,000 и 700,000 MPa или N/mm2. Однако это значение нельзя сравнивать непосредственно с алюминиевым. Конечный модуль упругости композита зависит от ориентации волокон и содержания смолы.

Можно с уверенностью предположить, что Boeing (или, точнее, Mitsubishi Heavy Industries) использует современное высокопрочное волокно, такое как IM7 (pdf) (IM означает промежуточный модуль), который имеет модуль 276,000 MPa. Также можно с уверенностью предположить, что большинство волокон ориентированы в направлении пролета, поэтому они могут в полной мере способствовать принятию изгибающих нагрузок. Если предположить консервативное содержание волокна 60%, то результирующий модуль материала лонжерона должен составлять 164 000 МПа. Однако лонжерон является не дискретным компонентом, а частью коробки крыла, которая также должна воспринимать торсионные нагрузки. Пока алюминий изотропный материал (он имеет такие же свойства во всех направлениях), CFRP сильно анизотропен, и добавлять прочность на кручение потребует дополнительных волокон в других направлениях. Следствие: эффективный модуль коробки крыла в направлении изгиба может составлять всего 110 000 МПа.

В конце концов, важно то, сколько материала там, чтобы нести изгибающие нагрузки. Здесь в игру вступает предел текучести материала: чем больше напряжения может выдержать материал, прежде чем он проявит пластическую деформацию, тем меньше его необходимо для переноса данного изгибающего момента. Чтобы прийти непосредственно к максимальной деформации, достаточно посмотреть на максимальную упругую деформацию. С IM7, это 1.9%, и с высокопрочным алюминием 7068 (pdf), оно чем 1% Прежде чем материал терпит постоянную удлиненность. Это означает, что, хотя углепластик жестче алюминия, его можно загружать больше и растягивать больше, прежде чем он достигнет своих пределов.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Спасибо за ответ. Но мой вопрос был о летных характеристиках чрезвычайно гибких крыльев, а не о том, почему крылья сгибаются в первую очередь.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

@shortstheory: теоретически, есть небольшое снижение производительности из-за гибкого крыла, но это очень мало. Я хочу сказать, что это в основном снижает коэффициент нагрузки, ощущаемый полезной нагрузкой из-за порывов.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Но Airbus A350, который разработан с использованием почти тех же материалов, имеет тот же изгиб крыла или нет? а если нет, то просто «почему»?

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 4 недели назад

Не только 787 с CFRP имеет это, все крылья много сгибаются, как показано в нижней части этого изображения.B52 деформацияИсточник: введение в Трансзвуковую аэродинамику Р. Воса и С. Фарохи

В эти дни дизайнеры включают изгиб в дизайн, убедившись, что форма в круизе именно так, как они этого хотят.Но два графика выше показывают некоторые интересные факты. На het слева вы можете видеть распределение давления на разных местах на гибком крыле, а справа то же самое, но тогда для жесткого крыла (таким образом, не деформированного)

Вы можете видеть, что на правом изображении (около x/c=0.3) на графиках есть резкие скачки, которые указывают на удары и приводят к волновому сопротивлению. На гибкой стороне градиенты менее крутые, то есть ударная волна менее сильная. Как следствие, волновое сопротивление будет меньше.

Таким образом, на основе этих графиков можно сделать вывод, что гибкое крыло будет иметь меньшее волновое сопротивление, чем то же крыло, которое не будет деформироваться.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Хороший ответ! Но разве конструкторы не скрутили бы крыло так, чтобы под нагрузкой оно имело желаемый угол атаки на всех станциях крыла? В конце концов, результатом изгиба крыла с обратной стреловидностью является уменьшение угла атаки на внешних станциях. Конечно, крыло с откинутым крылом будет иметь слишком большую нагрузку на внешних станциях.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Именно к этому я и стремился. Конструкторы знают, что крыло будет деформироваться, и учтут это в своей конструкции таким образом, что в круизе форма будет оптимальной. Я сделал сравнение с жестким случаем не только для того, чтобы показать, что сгибание-это хорошо, но и для объяснения почему.