Miksi Spitfiren ' elliptinen siipi oli lähes kopioimatta muilla toisen maailmansodan lentokoneilla?
On tammikuu 24, 2021 by adminSpitfire oli yksi aikansa menestyneimmistä malleista, ja sen lentokyky oli samanlainen kuin aikakauden muilla malleilla. Vuosikymmenen aikana tuotannostaan 1936 se kasvoi suuremmaksi , vahvempi ja nopeampi .
Silti näyttää siltä, että miltä tahansa suurimmalta lentokoneelta ei ole juurikaan ruokahalua -valmistusvoima jäljitellä sen ikonisinta ominaisuutta. Itse asiassa on vain yksi tuolloin sarjavalmistettu lentokone, jolla on elliptinen siipi, amerikkalainen P-47 Thunderbolt . Ei mitään saksalaista tai japanilaista eikä brittiläisiä.
Aikana, jolloin jokainen valmistaja yritti saada viimeisen edun, näyttää omituiselta, että erinomainen muotoiluominaisuus houkutteli niin vähän halua kopioida .
Täällä on hyviä selityksiä aerodynamiikkaan tai suorituskykyyn . elliptisen siiven. Miksi se on niin harvinaista, kun se toimii todistettavasti niin hyvin?
Kommentit
- Huomaa, että jopa Spitfires valmistettu sodan aikana ” leikattu siipi ” -variantteina, joiden siipien kärjet olivat neliöt. Tämän oli tarkoitus parantaa matalan korkeuden nopeutta ja vierintanopeutta, mikä on tärkeä tekijä ilmataistelussa, mutta ei niin paljon muissa ilmailutyypeissä.
- Huomaa, että suorituskykylinkkisi sisältää hyväksytyn vastauksen: ” elliptisten siipien sekä paino- että pysähtymisominaisuudet ovat pienempiä kuin optimaaliset ; matala indusoitu vastuskerroin ostetaan suuremmalla rakenteellisella massalla ja siten nostetaan. ”
- Mielenkiintoinen artikkeli aiheesta Ilma & Välilyönti .
Vastaa
Kiinnostavaa kyllä, en voinut löytää vastausta tähän kysymykseen verkkosivustolta, mutta olen löytänyt Peter Kämpfin vastauksen Quorasta . Hän tuo esiin samat argumentit, jotka halusin mainita, joten toistan ne täällä.
Elliptiset siivet ovat erittäin hyviä – aerodynaamisesti. Jos haluat minimoida aiheutetun vastuksen tietylle nostovaatimukselle, päädyt elliptisellä siivellä.
Mutta taso ei ole vain aerodynamiikka, vaan on myös otettava huomioon:
- Paino, elliptinen siipi ei ole rakenteellisesti tehokas ja johtaa suurempi paino, joka johtaa suurempiin nostovaatimuksiin, jotka johtavat indusoituneempaan vastukseen jopa erittäin tehokkaan siiven kanssa.
- Hallittavuus, missä ja miten siipien pysähtyminen määrittää, pystytkö toipumaan pilttuu. Elliptiset siivet putoavat kärjen ensin, mikä johtaa huonoon pysähtymiskäyttäytymiseen.
- Valmistettavuus, täysin elliptinen siipi on erittäin vaikea tehdä kaksinkerroin. Tämä tekee siipistä kalliimman.
Jos sisällytät nämä tekijät, huomaat, että päädyt kompromissiin. Jos käytät siipikartiota (joka on jonkin verran lähellä aerodynaamista optimaalista muotoa), mutta paljon helpompaa valmistaa ja paljon kevyempää, huomaat, että lopputuloksena on parempi muotoilu.
Analyysi kuinka siiven suunnittelu muuttuu, jos sisällytät rakennevaatimukset, teki Jones ja löydät täältä .
Kommentit
- Todellisen tappajan oli pakko tehdä leimausmuotteja LE-siipien nahoille. P-47 sai paljon tietä sinne tekemällä vain TE: n elliptisen, sallien vain suorat taipuneet etureunat. Kaiken kaikkiaan Spitillä, kuten Merlinillä, oli tyypillisesti brittiläinen ominaisuus erittäin suurille osille, komponentit valmistettiin 5 kappaleesta, jos amerikkalainen lentokone tekisi niistä yhden tai kaksi. Rungonmuodostajat, jotka on valmistettu lukuisista pienistä paloista jne.
- ” elliptiset siivet ovat erittäin hyviä – aerodynaamisesti. Jos haluat minimoida tietyn nostovaatimuksen aiheuttaman vastuksen, päädyt elliptiseen siipeen. ” Se on väärin.
- Jos menet tonnia nopeammin, minimoi indusoidun vastuksen. Harvat ihmiset ymmärtävät 300 mph tuulivoiman, ja he olivat jo matkalla kohti 400 mph. Tämän tyyppisen siiven ajattelu vain korvattiin uudemmilla suunnitteluvaatimuksilla, jotka keskittyivät etureunaan ja puristettavuuteen. He saivat kuitenkin yhden asian oikein, he tekivät siitä ohuen, ja Spitfire-linja kesti 1950-luvulle asti.
- Pitäisikö ” toipua siipistä ” on ehkä ollut ” … pyöräytyksestä ”?
- @ RoiMaison.Vanha myytti kertoo, että elliptiset tasomuodot tuottavat elliptisiä paineen jakaumia. He eivät ’ t. Ja toivon, että ihmiset lopettaisivat tuon hölynpölyn levittämisen.
Vastaus
No, lyhyt vastaus on, että elliptinen siipi oli käytetty paljon enemmän lentokoneissa kuin tämä artikkeli antaa.
Seuraavat käyttivät elliptistä siipiä ja on muitakin:
- Saksalainen Heinkel 112 -hävittäjä
- Saksalainen Heinkel 111 -pommikone
- Saksalainen Heinkel 70
- US P35
- US P43
- Italian Reggiane 2000
- Japanilainen Aichi D3A ”Val” -sukelluspommittaja
- British Hawker Tempest
kommentit
- I ’ en ole koskaan kuullut näistä. Ja epäilen, että olen ’ d koskaan kuullut Spitfirestä, jos sillä ei ’ ole ” sen tunnetuin ominaisuus ” sen sisällä , Rolls-Royce Merlin
- @Mazura He 111 ja Tempest ovat hyvin tunnettuja lentokoneita. Hän 111 oli Saksan tärkein pommikone ja Spitfiresin tärkeä kohde. Ja vaikka myös RR Merlin tunnetaan hyvin, se on tuskin syy tuntea Spitfireä, ellet ole lentokonemoottorin nörtti (eli Lancastereiden ja Mosquitojen olisi oltava paljon kuuluisampia kuin he ovat.)
- Kiitos mutta ehdotan, että ’ on melko laaja määritelmä sekä elliptisille että sarjatuotetuille.
- En halua ’ t kuvaavat P43: ta elliptisenä siipinä
- @PartyArk Kuinka määrität elliptisen, että löydät vastauksen käyttämällä laajaa määritelmää?
Vastaa
Lyhyt vastaus: elliptisten siipien valmistus on liian kallista. Puolisuunnikkaan muotoinen siipi, jolla on määritelty geometrinen tai aerodynaaminen kierre, voi päästä hyvin lähelle elliptistä hissijakaumaa (optimaalinen hissijakauma siipien koon yli, joten siipirakenteen ensisijainen tavoite).
Kommentit
- Tervetuloa Aviation.SE: lle! Joidenkin lähteiden lisääminen muokkaamalla vastaustasi parantaisi vastaustasi.
- Aivan kuten talot, jotka eivät ole ’ t suorakulmioista; vaikeampaa tehdä ja siten kalliimpaa.
Vastaa
Monissa lentokoneissa käytetään edelleen elliptisiä siipiä – lajittele
Mitä matematiikka kertoo meille , on se, että tehokkaimmalla siipikokoonpanolla tietyllä siipien kärkialueella tulisi olla elliptinen nostojakauma *. Ilmeisin tapa toteuttaa tämä on tehdä siipistäsi elliptisiä.
Mutta lentokoneiden suunnittelijat oppivat Spitfiren valmistuskokemuksesta, että elliptisten siipien valmistaminen on vaikeampaa, mikä lisää kustannuksia ja valmistusaikaa.
Joten myöhemmin sodassa, kun resurssit supistuivat ja kaikki olettivat, että he kilpailivat saksalaisten kanssa parempien ja nopeammien lentokoneiden rakentamiseksi, suunnittelijat päättivät tarkoituksella käyttää suoria siipiä tuotannon helpottamiseksi ja kustannusten vähentämiseksi. P51 Mustang suunniteltiin tällä tavalla.
Mutta olemme oppineet, että siipesi tekeminen elliptiseksi ei ole ainoa tapa saada elliptinen hissijakauma. Voit saada elliptisen hissijakauman seuraavasti:
- Tee siivestäsi elliptisempi
- Lisää pesuainetta, jotta hienosäätö jakautuu siipeen.
- Vaihda etukannen profiili juuresta kärkeen muuttaaksesi hissin jakaumaa
- Tee mikä tahansa edellä mainittujen yhdistelmä (esim. Huuhtelu + pyöristetyt kärjet)
Joten monissa lentokoneissa käytetään silti elliptisiä siipiä. Varsinkin kun polttoainetalous on yksi tärkeimmistä ajosuunnittelutavoitteista. Se ” vain, että he eivät ”t näyttävät elliptisiltä.
*
huomautus: On todisteita siitä, että tämä ei välttämättä ole oikein. On totta, että jos korjaat siipien kärkiväli, matematiikka tuottaa elliptisen jakauman, mutta jos korjaat painosi ( eli nosto risteilyllä) tehokkain jakelu osoittautuu jotain muuta (jotain kellon muotoista) , mutta sinun on lopulta tarpeen laajentaa siipien kantaasi
Kommentit
- Tämä on liian epätarkka, jotta siitä olisi hyötyä. Mistä matematiikasta puhut? Onko sinulla lainauksia (hyvämaineisista lähteistä) väitteidesi varmuuskopioimiseksi?
- @Lysistrata Vakiomallinen matematiikka hissijakaumaa laskettaessa: Prandtl ’ s noston teoria (google ” nostolinjan teoria ”)
- kiitos. Nostolinjan teoria on erityisen epätarkka siipien kärjen lähellä. Se on erittäin huono valinta siipille, joiden kuvasuhde on yhtä pieni kuin Spitfiren.
Vastaa
Spitfiren elliptisen siiven tärkein haittapuoli oli sen rakentamiseen tarvittava työmäärä.Kaiken kaikkiaan Spitfire vaati rakentamiseen noin viisi kertaa enemmän työtunteja kuin lähin saksalainen vastine, Messerschmitt Bf 109.
Kommentit
- Että ’ s erittäin mielenkiintoinen – onko sinulla lähde 5x työtunnille?
- Corelli Barnett, vuonna Audit of War, vertaa surkeasti 13 000 työtuntia, jotka tarvitaan Spitfire Mk V -lentokoneen valmistamiseen, 4 000: lla Me 109G: lle. (Spitfiren valmistus kesti kaksi ja puoli kertaa niin kauan kuin hurrikaani, vaikka Barnett ei mainitse tätä.)
- Spitfirelle 13 000 työtuntia verrattuna 4000 Bf 109 olisi 3,25 kertaa niin monta työtuntia, mutta todelliset luvut olisivat vaihdelleet usean vuoden aikana, jolloin molemmat lentokoneet olivat tuotannossa. Spitfire, 10 000 hurrikaanille ja 6000 Bf 109: lle vuoden 1940 alussa, myös vaihteleva luku 2000 – 10000 työtuntia Bf 109: n eri malleille.
Vastaa