Hvorfor blev Spitfire ' s elliptiske fløj næsten ikke kopieret af andre fly fra 2. verdenskrig?
On januar 24, 2021 by adminSpitfire var et af de mest succesrige designs på sin tid med flyveegenskaber af samme standard som de andre bedste designs i tiden. I sit årti med produktion fra 1936 voksede det større , stærkere og hurtigere .
Alligevel synes der næsten ikke at være nogen appetit fra nogen af de store fly -producerende beføjelser til at efterligne den mest ikoniske funktion. Faktisk er der kun et masseproduceret fly fra den tid med en elliptisk fløj, den amerikanske P-47 Thunderbolt . Intet tysk eller japansk, og intet mere fra briterne heller.
I en periode, hvor hver producent forsøgte at få hver eneste sidste fordel, synes det underligt, at en førsteklasses designfunktion tiltrak så lidt appetit til at kopiere .
Der er gode forklaringer her på aerodynamik eller ydeevne af den elliptiske fløj. Hvorfor er det så sjældent, når det påviseligt fungerer så godt?
Kommentarer
- Bemærk, at selv Spitfires var fremstillet i ” klippet fløj ” varianter under krigen, som fik vingespidserne kvadreret. Dette var for at forbedre den lave højdehastighed og rullehastighed, hvilket er en vigtig faktor i luftkamp, men ikke så meget i andre typer luftfart.
- Bemærk, at dit link om ydeevne indeholder det accepterede svar: ” Både vægt og stallkarakteristika for elliptiske vinger er mindre end optimale ; den lave inducerede trækkoefficient købes med højere strukturel masse og følgelig løft. ”
- Interessant artikel om Luft & Rum .
Svar
Interessant nok kunne jeg ikke finde et svar på dette spørgsmål på hjemmesiden, men jeg har fundet et svar fra Peter Kämpf på Quora . Han fremfører de samme argumenter, som jeg ville nævne, så jeg gentager dem her.
Elliptiske vinger er meget gode – aerodynamisk. Hvis du vil minimere induceret træk for et givet liftkrav, ender du med en elliptisk vinge.
Men et plan er ikke kun aerodynamik. Du skal også overveje:
- Vægt, en elliptisk vinge er ikke strukturelt effektiv og vil føre til en højere vægt, hvilket fører til højere løftebehov, hvilket vil føre til mere induceret træk, selv med en meget effektiv vinge.
- Kontrollerbarhed, hvor og hvordan vingestallene bestemmer, om du er i stand til at komme sig efter en gå i stå. Elliptiske vinger holder først spidsen, hvilket fører til dårlig stalladfærd.
- Fremstillingsevne, en fuldt elliptisk vinge er meget svær at lave med sine dobbelte kurver. Dette vil gøre vingen dyrere.
Hvis du inkluderer disse faktorer, vil du se, at du ender med et kompromis. Hvis du bruger vingetaper (som er noget tæt på den aerodynamiske optimale form), men meget lettere at gøre og meget lettere, vil du se, at du ender med et bedre design generelt.
En analyse af hvordan designet af en fløj ændres, hvis du inkluderer strukturelle krav, blev udført af Jones og kan findes her .
Kommentarer
- Den virkelige morder var nødt til at lave sammensatte stemplingsdyser til LE-vingeskindene. P-47 kom meget derhen ved at gøre kun TE eliptisk, hvilket tillod lige lige bøjede forkanter. Samlet set havde Spit, ligesom Merlin, den typisk britiske egenskab ved meget højt antal dele, idet komponenter blev lavet af 5 stykker, hvor et amerikansk fly ville fremstille dem fra en eller to. Skrogformere lavet af mange små bits osv.
- ” Elliptiske vinger er meget gode – aerodynamisk. Hvis du vil minimere induceret træk for et givet liftkrav, ender du med en elliptisk fløj. ” Det er forkert.
- Hvis du går mange gange hurtigere, du minimerer induceret træk. Få mennesker forstår vindstyrken på 300 mph, og de var allerede på vej til 400 mph. Tanken bag denne type vinge blev simpelthen erstattet af nyere designkrav med fokus på forkant og komprimerbarhed. De fik dog én ting rigtigt, de gjorde den tynd, og Spitfire-linjen varede indtil 1950erne.
- Skulle ” komme sig fra en fløj ” har måske været ” … fra et spin “?
- @ RoiMaison.Det genopliver den gamle myte, at elliptiske planformer producerer elliptiske trykfordelinger. De don ‘ t. Og jeg ville ønske folk ville stoppe med at udbrede det vrøvl.
Svar
Nå det korte svar er, at den elliptiske fløj var brugt på meget flere fly end denne artikel tillader.
Følgende brugte alle en elliptisk fløj, og der er også andre:
- Tysk Heinkel 112-fighter
- Tysk Heinkel 111-bomber
- Tysk Heinkel 70
- US P35
- US P43
- Italiensk Reggiane 2000
- Japansk Aichi D3A “Val” dykkebomber
- British Hawker Tempest
Kommentarer
- I ‘ har aldrig hørt om nogen af dem. Og jeg tvivler på, at jeg ‘ nogensinde har hørt om en Spitfire, hvis den ikke ‘ ikke har ” dens mest ikoniske funktion ” indeni den , Rolls-Royce Merlin
- @Mazura He 111 og Tempest er meget velkendte fly. Han 111 var den største tyske bombefly og et vigtigt mål for Spitfires. Og selvom RR Merlin også er velkendt, er det næppe grunden til at kende Spitfire, medmindre du er en luftfartsmotørnør (dvs. Lancasters og Mosquitos skulle være meget mere berømte end de er.).
- Tak men jeg foreslår, at ‘ er en ret bred definition af både elliptisk og masseproduceret.
- Jeg ville ikke ‘ t beskrive P43 som elliptisk fløj
- @PartyArk Hvordan definerer du elliptisk, at du finder svaret bruger en bred definition?
Svar
Kort svar: Elliptiske vinger er for dyre at fremstille. En trapesformet vinge med et defineret geometrisk eller aerodynamisk twist kan komme meget tæt på en elliptisk liftfordeling (optimal løftfordeling over vingespændet, derfor det primære mål for vingedesignet).
Kommentarer
- Velkommen til Aviation.SE! Tilføjelse af nogle kilder ved at redigere dit svar vil virkelig forbedre dit svar.
- Ligesom huse, der ikke er ‘ t lavet af rektangler; sværere at lave og dermed dyrere.
Svar
Mange planer bruger stadig elliptiske vinger – sorter af.
Hvad matematikken fortæller os er, at den mest effektive vingekonfiguration for et givet vingespænd skal have en elliptisk liftfordeling *. Den mest oplagte måde at implementere dette på er at gøre dine vinger elliptiske.
Men flydesignere lærte af erfaringen med fremstilling af Spitfire, at elliptiske vinger er sværere at fremstille, hvilket fører til øgede omkostninger og produktionstid.
Så senere i krigen, da ressourcerne blev stramme, og alle antog, at de kørte med tyskerne for at bygge bedre, hurtigere fly, designere valgte bevidst at bruge lige vinger for at lette produktionen og reducere omkostningerne. P51 Mustang blev designet på denne måde.
Men vi har lært, at det at gøre din vinge elliptisk ikke er den eneste måde at få elliptisk liftfordeling på. For at få elliptisk liftfordeling kan du:
- Gør din vinge mere elliptisk
- Tilføj udvaskning for at indstille liftfordelingen langs vingen
- Skift profilprofil fra rod til spids for at ændre liftfordeling
- Lav en hvilken som helst kombination af ovenstående (f.eks. Udvaskning + afrundede tip)
Så mange fly bruger stadig elliptiske vinger. Især når brændstoføkonomi er et af de vigtigste mål for kørselsdesignet. Det ” bare fordi de ikke “t ser elliptisk ud.
*
bemærkning: Der er tegn på, at dette muligvis ikke er korrekt. Det er sandt, at hvis du retter dit vingespænd, vil matematikken udsende en elliptisk fordeling, men hvis du retter din vægt ( dvs. lift ved krydstogt) den mest effektive distribution viser sig at være noget andet (noget klokkeformet) men du ender med at skulle udvide dit vingespænd
Kommentarer
- Dette er for upræcist til at være nyttigt. Hvilken matematik taler du om? Har du nogen citater (fra velrenommerede kilder) til at sikkerhedskopiere dine udsagn?
- @Lysistrata STANDARDMATematikken ved beregning af liftfordeling: Prandtl ‘ s løftelinjeteori (google ” teori om løftelinje “)
- Tak. Løftelinjeteori er især unøjagtig nær vingespidserne. Det er et meget dårligt valg for vinger med så små billedformater som Spitfire.
Svar
Den største ulempe ved Spitfires elliptiske fløj var mængden af arbejdskraft, der kræves for at bygge den.Samlet set krævede Spitfire ca. fem gange så mange arbejdstimer for at bygge som det nærmeste tyske ækvivalent, Messerschmitt Bf 109.
Kommentarer
- At ‘ er meget interessant – har du en kilde til de 5 gange arbejdstimer?
- Corelli Barnett, i Audit of War, sammenligner ødelæggende de 13.000 arbejdstimer, der er nødvendige for at fremstille en Spitfire Mk V-flyramme med 4.000 for en Me 109G. (Spitfire tog også to og en halv gang så lang tid at lave som en orkan, skønt Barnett ikke nævner dette.)
- 13.000 mandstimer til Spitfire sammenlignet med 4000 i Bf 109 ville være 3,25 gange så mange arbejdstimer, men de faktiske tal ville have varieret i en periode på flere år, hvor begge fly var i produktion.
- En internetkilde citerer tal på 15.200 mandetimer for Spitfire, 10.000 for orkanen og 6000 for Bf 109 i begyndelsen af 1940, også et variabelt tal på mellem 2000 og 10000 mandetimer for de forskellige modeller af Bf 109.
Skriv et svar