Hvorfor ble Spitfire ' s elliptiske fløy nesten ikke kopiert av andre fly fra 2. verdenskrig?
On januar 24, 2021 by adminSpitfire var en av de mest vellykkede designene på sin tid, med flygende kvaliteter av samme standard som de andre beste designene i tiden. I tiåret med produksjon fra 1936 vokste det større , sterkere og raskere .
Likevel ser det ut til å være nesten ingen appetitt fra noen av de store flyene -produserende krefter for å etterligne den mest ikoniske funksjonen. Faktisk er det bare ett masseprodusert fly fra den tiden med en elliptisk fløy, den amerikanske P-47 Thunderbolt . Ikke noe tysk eller japansk, og ikke noe mer fra britene heller.
I en periode der hver produsent prøvde å få hver eneste fordel, virker det rart at en førsteklasses designfunksjon tiltrukket så liten appetitt å kopiere .
Det er gode forklaringer her på aerodynamikk eller ytelse av den elliptiske vingen. Hvorfor er det så sjelden når det beviselig fungerer så bra?
Kommentarer
- Merk at selv Spitfires var produsert i » klippet vinge » varianter under krigen som hadde vingespissene firkantet. Dette var for å forbedre lav høydehastighet og rullehastighet, som er en viktig faktor i luftkamp, men ikke så mye i andre typer luftfart.
- Merk at lenken din om ytelse inneholder i det aksepterte svaret: » Både vekt- og stallkarakteristika for elliptiske vinger er mindre enn optimale ; den lave induserte dragkoeffisienten kjøpes med høyere strukturell masse og følgelig løft. »
- Interessant artikkel om Luft & Space .
Svar
Interessant nok kunne jeg ikke finne svar på dette spørsmålet på nettstedet, men jeg har funnet et svar fra Peter Kämpf på Quora . Han fremfører de samme argumentene som jeg ønsket å nevne, så jeg vil gjenta dem her.
Elliptiske vinger er veldig bra – aerodynamisk. Hvis du vil minimere indusert drag for et gitt løftkrav, ender du opp med en elliptisk vinge.
Men et plan er ikke bare aerodynamikk. Du må også vurdere:
- Vekt, en elliptisk vinge er ikke strukturelt effektiv, og vil føre til en høyere vekt, som fører til høyere løftkrav som vil føre til mer indusert motstand, selv med en veldig effektiv vinge.
- Kontrollerbarhet, hvor og hvordan vingestallene avgjør om du er i stand til å komme deg fra en stall. Elliptiske vinger stopper først, noe som fører til dårlig stalloppførsel.
- Produksjonsevne, en full elliptisk vinge er veldig vanskelig å lage, med sine doble kurver. Dette vil gjøre vingen dyrere.
Hvis du inkluderer disse faktorene, vil du se at du vil ende opp med et kompromiss. Hvis du bruker vingetaper (som er noe nær den aerodynamiske optimale formen), men mye lettere å lage og mye lettere, vil du se at du vil ende opp med et bedre design generelt.
En analyse av hvordan utformingen av en vinge endres hvis du tar med de strukturelle kravene, ble gjort av Jones og kan finnes her .
Kommentarer
- Den virkelige drapsmannen måtte lage sammensatte stemplingsmatriser for LE-vingeskinnene. P-47 kom mye av veien dit ved å gjøre bare TE eliptisk, slik at bare rett bøyde forkanter. Samlet sett hadde Spit, i likhet med Merlin, den typiske britiske egenskapen til veldig høyt antall deler, av komponenter som ble laget av 5 stykker hvor et amerikansk fly ville lage dem fra en eller to. Skrogformere laget av mange små biter osv.
- » Elliptiske vinger er veldig gode – aerodynamisk. Hvis du vil minimere indusert drag for et gitt løftkrav, ender du opp med en elliptisk vinge. » Det er feil.
- Hvis du går tonn raskere, du minimerer indusert drag. Få mennesker forstår vindstyrken på 300 km / t, og de var allerede på vei til 400 km / t. Tanken bak denne typen vinger ble rett og slett erstattet av nyere designkrav med fokus på forkant og komprimerbarhet. De fikk imidlertid en ting riktig, de gjorde den tynn, og Spitfire-linjen varte til 1950-tallet.
- Skulle » komme seg fra en ving » har kanskje vært » … fra et snurr «?
- @ RoiMaison.Det gjenoppliver den gamle myten at elliptiske planformer produserer elliptiske trykkfordelinger. De don ‘ t. Og jeg skulle ønske folk ville slutte å forplante det tullet.
Svar
Vel, det korte svaret er at den elliptiske fløyen var brukt på mye flere fly enn denne artikkelen tillater.
Følgende brukte alle en elliptisk fløy, og det er andre også:
- 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 aldri hørt om noen av disse. Og jeg tviler på at jeg ‘ jeg noen gang har hørt om en Spitfire hvis den ikke ‘ ikke har » sin mest ikoniske funksjon » inne i den , Rolls-Royce Merlin
- @Mazura He 111 og Tempest er veldig velkjente fly. Han 111 var den viktigste tyske bombeflyen og et viktig mål for Spitfires. Og selv om RR Merlin også er kjent, er det neppe grunnen til å kjenne Spitfire med mindre du er en luftfartsmotornør (dvs. Lancasters og Mosquitos må være mye mer kjent enn de er.).
- Takk men jeg foreslår at ‘ er en ganske bred definisjon av både elliptisk og masseprodusert.
- Jeg ville ikke ‘ t beskrive P43 som elliptisk fløy
- @PartyArk Hvordan definerer du elliptisk at du finner svaret bruker en bred definisjon?
Svar
Kort svar: Elliptiske vinger er for dyre å produsere. En trapesformet vinge med en definert geometrisk eller aerodynamisk vri kan komme veldig nær en elliptisk løftefordeling (optimal løftefordeling over vingespennet, derfor det primære målet for vingedesignet).
Kommentarer
- Velkommen til Aviation.SE! Hvis du legger til noen kilder ved å redigere svaret ditt, vil det virkelig forbedre svaret ditt.
- Akkurat som hus som ikke er ‘ t laget av rektangler; vanskeligere å lage, og dermed dyrere.
Svar
Mange fly bruker fortsatt elliptiske vinger – sorter av.
Det matematikkene forteller oss er at den mest effektive vingekonfigurasjonen for et gitt vingespenn skal ha en elliptisk løftefordeling *. Den mest åpenbare måten å implementere dette på er å gjøre vingene dine elliptiske.
Men flydesignere lærte av erfaringen med å produsere Spitfire at elliptiske vinger er vanskeligere å produsere, noe som fører til økte kostnader og produksjonstid.
Så senere i krigen da ressursene ble trange og alle antok at de kjørte tyskerne for å bygge bedre, raskere fly, designere valgte bevisst å bruke rette vinger for å lette produksjonen og redusere kostnadene. P51 Mustang ble designet på denne måten.
Men vi har lært at å gjøre vingen din elliptisk ikke er den eneste måten å ha elliptisk heisfordeling. For å få elliptisk heisfordeling kan du:
- Gjør vingen mer elliptisk
- Legg til utvask for å justere heisfordelingen langs vingen
- Endre profilprofil fra rot til spiss for å endre heisfordeling
- Gjør en hvilken som helst kombinasjon av ovennevnte (f.eks. Utvasking + avrundede tips)
Så mange fly bruker fortsatt elliptiske vinger. Spesielt når drivstofføkonomi er et av hovedmålene for kjøredesign. s bare at de ikke «t ser elliptisk.
*
Merk: Det er bevis for at dette kanskje ikke er nøyaktig. Det er sant at hvis du fikser vingespennet, vil matematikken gi en elliptisk fordeling, men hvis du fikser vekten din ( dvs. løft på cruise) den mest effektive distribusjonen viser seg å være noe annet (noe bjelleformet) men du trenger å utvide vingespennet
Kommentarer
- Dette er for upresist til å være nyttig. Hvilken matte snakker du om? Har du noen sitater (fra anerkjente kilder) som sikkerhetskopierer uttalelsene dine?
- @Lysistrata Standard matematikk når du beregner heisfordeling: Prandtl ‘ s løftelinjeteori (google » teori om løftelinje «)
- Takk. Løftelinjeteori er spesielt unøyaktig nær vingespissene. Det er et veldig dårlig valg for vinger med så små størrelsesforhold som Spitfire.
Svar
Den viktigste ulempen med Spitfires elliptiske fløy var mengden arbeid som kreves for å bygge den.Samlet sett krevde Spitfire omtrent fem ganger så mange arbeidstimer for å bygge som nærmeste tyske ekvivalent, Messerschmitt Bf 109.
Kommentarer
- At ‘ er veldig interessant – har du en kilde til 5 ganger arbeidstimer?
- Corelli Barnett, i Audit of War, sammenligner ødeleggende 13 000 arbeidstimer som trengs for å lage en Spitfire Mk V-flyramme med 4000 for en Me 109G. (Spitfire tok også to og en halv ganger så lang tid å lage som en orkan, selv om Barnett ikke nevner dette.)
- 13 000 arbeidstimer for Spitfire sammenlignet med 4000 for Bf 109 ville være 3,25 ganger så mange arbeidstimer, men de faktiske tallene ville ha variert i løpet av flere år hvor begge flyene var i produksjon.
- En internettkilde siterer tall på 15.200 arbeidstimer for Spitfire, 10 000 for orkanen og 6000 for Bf 109 tidlig i 1940, også et variabelt tall på mellom 2000 og 10000 arbeidstimer for de forskjellige modellene av Bf 109.
Legg igjen en kommentar