Waarom werd de elliptische vleugel van de Spitfire ' bijna niet gekopieerd door andere vliegtuigen uit de Tweede Wereldoorlog?
Geplaatst op januari 24, 2021 door adminDe Spitfire was een van de meest succesvolle ontwerpen van zijn tijd, met vliegeigenschappen die vergelijkbaar waren met die van de andere beste ontwerpen uit die tijd. In het decennium van productie van 1936 groeide het groter , sterker en sneller .
Toch lijkt er bijna geen eetlust te zijn van de grote vliegtuigen -productiekrachten om de meest iconische functie na te bootsen. In feite is er uit die tijd maar één in massa geproduceerd vliegtuig met een elliptische vleugel, de Amerikaanse P-47 Thunderbolt . Niets Duits of Japans, en ook niets meer van de Britten.
In een periode waarin elke fabrikant probeerde elk voordeel te behalen, lijkt het vreemd dat een eersteklas ontwerpkenmerk zo weinig zin heeft om te kopiëren. .
Hier vindt u goede uitleg over de aerodynamica of prestaties van de elliptische vleugel. Waarom komt het zo zelden voor als het aantoonbaar zo goed werkt?
Reacties
- Merk op dat zelfs Spitfires vervaardigd in ” geknipte vleugel ” varianten tijdens de oorlog waarbij de vleugeltips er in het kwadraat waren. Dit was om de snelheid op lage hoogte en de rolsnelheid te verbeteren, wat een belangrijke factor is in luchtgevechten, maar niet zozeer in andere soorten luchtvaart.
- Merk op dat de jouw link over prestaties in het geaccepteerde antwoord bevat: ” Zowel het gewicht als de overtrekeigenschappen van elliptische vleugels zijn minder dan optimaal ; de lage geïnduceerde weerstandscoëfficiënt wordt gekocht met een hogere structurele massa en, bijgevolg, lift. ”
- Interessant artikel op Air & Space .
Antwoord
Interessant genoeg kon ik “geen antwoord op deze vraag vinden op de website, maar ik” heb een antwoord van Peter Kämpf gevonden op Quora . Hij brengt dezelfde argumenten naar voren die ik wilde noemen, dus ik zal ze hier herhalen.
Elliptische vleugels zijn erg goed – aerodynamisch gezien. Als je de geïnduceerde weerstand voor een gegeven liftvereiste wilt minimaliseren, kom je uit op met een elliptische vleugel.
Maar een vliegtuig is niet alleen aerodynamica. Je moet ook rekening houden met:
- Gewicht, een elliptische vleugel is structureel niet efficiënt en zal leiden tot een hoger gewicht, wat leidt tot hogere liftvereisten, wat zal leiden tot meer geïnduceerde weerstand, zelfs met een zeer efficiënte vleugel.
- Controleerbaarheid, waar en hoe de vleugel afslaat, bepaalt of je kunt herstellen van een kraam. Elliptische vleugels vallen eerst af, wat leidt tot slecht stalgedrag.
- Fabricagebaarheid, een volledig elliptische vleugel is erg moeilijk te maken, met zijn dubbele rondingen. Dit zal de vleugel duurder maken.
Als je deze factoren meetelt, zul je zien dat je een compromis zult sluiten. Als je vleugeltapsheid gebruikt (die enigszins in de buurt komt van de aerodynamische optimale vorm) maar veel gemakkelijker te maken en veel lichter, “zul je zien dat je” over het algemeen een beter ontwerp krijgt.
Een analyse van hoe het ontwerp van een vleugel verandert als je de structurele vereisten opneemt, is gedaan door Jones en is hier te vinden.
Opmerkingen
- De echte moordenaar was het maken van samengestelde stempels voor de LE wing skins. De P-47 heeft daar veel van gemaakt door alleen de TE eliptisch te maken, waardoor alleen rechte gebogen voorranden mogelijk zijn. Over het geheel genomen had de Spit, net als de Merlin, het typisch Britse kenmerk van een zeer hoog aantal onderdelen, waarbij onderdelen uit 5 stuks werden gemaakt, terwijl een Amerikaans vliegtuig ze uit een of twee zou maken. Rompvormers gemaakt van talloze kleine stukjes, enz.
- ” Elliptische vleugels zijn erg goed – aerodynamisch. Als je de geïnduceerde weerstand voor een bepaalde liftbehoefte wilt minimaliseren, krijg je een elliptische vleugel. ” Dat is niet juist.
- Als je tonnen sneller gaat, u minimaliseert de geïnduceerde weerstand. Er zijn maar weinig mensen die een windkracht van 300 mph begrijpen, en ze waren al op weg naar 400 mph. De gedachte achter dit type vleugel werd simpelweg vervangen door nieuwere ontwerpvereisten gericht op de voorrand en samendrukbaarheid. Ze hadden echter één ding goed: ze maakten het dun, en de Spitfire-lijn duurde tot de jaren 1950.
- Moet ” herstellen van een vleugel ” zijn misschien ” … uit een draai “?
- @ RoiMaison.Het is de oude mythe dat elliptische planvormen elliptische drukverdelingen produceren, heruitbarst. Ze zijn niet ‘ t. En ik zou willen dat mensen die onzin niet langer zouden verspreiden.
Antwoord
Nou, het korte antwoord is dat de elliptische vleugel was gebruikt op veel meer vliegtuigen dan dit artikel laat zien.
De volgende hebben allemaal een elliptische vleugel gebruikt en er zijn ook andere:
- Duitse Heinkel 112-jager
- Duitse Heinkel 111 bommenwerper
- Duitse Heinkel 70
- US P35
- US P43
- Italiaanse Reggiane 2000
- Japanse Aichi D3A “Val” duikbommenwerper
- Britse Hawker Tempest
Opmerkingen
- I ‘ heb nog nooit van een van deze gehoord. En ik betwijfel of ik ‘ ooit van een Spitfire heb gehoord als ‘ t ” zijn meest iconische functie ” erin , de Rolls-Royce Merlin
- @Mazura He 111 en Tempest zijn zeer bekende vliegtuigen. Hij 111 was de belangrijkste Duitse bommenwerper en een belangrijk doelwit van Spitfires. En hoewel RR Merlin ook bekend is, is het nauwelijks de reden om Spitfire te kennen, tenzij je een nerd van luchtvaartmotoren bent (dwz Lancasters en Mosquitos zouden veel beroemder moeten zijn dan ze zijn).
- Bedankt maar ik stel voor dat ‘ een vrij brede definitie is van zowel elliptisch als in massa geproduceerd.
- Ik zou ‘ t beschrijf de P43 als elliptische vleugel
- @PartyArk Hoe definieer je elliptische trainer waarvan je vindt dat het antwoord een brede definitie gebruikt?
Antwoord
Kort antwoord: elliptische vleugels zijn te duur om te vervaardigen. Een trapeziumvormige vleugel met een gedefinieerde geometrische of aerodynamische draaiing kan heel dicht bij een elliptische liftverdeling komen (optimale liftverdeling over de spanwijdte, daarom het primaire doel van het vleugelontwerp).
Opmerkingen
- Welkom bij Aviation.SE! Het toevoegen van enkele bronnen door je antwoord te bewerken, zou je antwoord echt verbeteren.
- Net als huizen die niet ‘ zijn gemaakt van rechthoeken; moeilijker te maken, en dus duurder.
Antwoord
Veel vliegtuigen gebruiken nog steeds elliptische vleugels – sorteer van.
Wat de wiskunde ons vertelt is dat de meest efficiënte vleugelconfiguratie voor een gegeven spanwijdte een elliptische liftverdeling moet hebben *. De meest voor de hand liggende manier om dit te implementeren, is door je vleugels elliptisch te maken.
Maar vliegtuigontwerpers hebben uit de ervaring met de productie van de Spitfire geleerd dat elliptische vleugels moeilijker te vervaardigen zijn, wat leidt tot hogere kosten en productietijd.
Dus later in de oorlog, toen de middelen krap werden en iedereen aannam dat ze racete tegen de Duitsers om betere, snellere vliegtuigen te bouwen, kozen ontwerpers er bewust voor om rechte vleugels te gebruiken om de productie te vergemakkelijken en de kosten te verlagen. De P51 Mustang is op deze manier ontworpen.
Maar we hebben geleerd dat het maken van een elliptische trainer niet de enige manier is om een elliptische lift te verdelen. Om een elliptische lift te krijgen, kun je:
- Maak uw vleugel elliptischer
- Voeg uitspoeling toe om de liftverdeling langs de vleugel af te stemmen
- Verander het profiel van het vleugelprofiel van de wortel naar de punt om de liftverdeling te veranderen
- Voer een combinatie van bovenstaande uit (bijv. Uitspoeling + afgeronde uiteinden)
Veel vliegtuigen gebruiken dus nog steeds elliptische vleugels. Vooral wanneer brandstofbesparing een van de belangrijkste doelstellingen van het ontwerp is. Het is gewoon dat ze “t niet elliptisch kijken.
*
opmerking: er zijn aanwijzingen dat dit misschien niet juist is. Het is waar dat als je je spanwijdte herstelt, de wiskunde een elliptische verdeling oplevert, maar als je je gewicht fixeert ( dwz lift bij kruissnelheid) de meest efficiënte distributie blijkt iets anders (iets klokvormig) maar uiteindelijk moet je je spanwijdte uitbreiden
Reacties
- Dit is te onnauwkeurig om bruikbaar te zijn. Over welke wiskunde heb je het? Heb je citaten (uit betrouwbare bronnen) om je uitspraken te staven?
- @Lysistrata DE standaard wiskunde bij het berekenen van de liftverdeling: Prandtl ‘ s heflijntheorie (google ” hijslijntheorie “)
- Bedankt. De theorie van de hijslijn is bijzonder onnauwkeurig bij de vleugelpunten. Het is een zeer slechte keuze voor vleugels met beeldverhoudingen die zo klein zijn als die van de Spitfire.
Antwoord
Het grootste nadeel van de elliptische vleugel van de Spitfire was de hoeveelheid arbeid die nodig was om hem te bouwen.In totaal had de Spitfire ongeveer vijf keer zoveel manuren nodig om te bouwen als het dichtstbijzijnde Duitse equivalent, de Messerschmitt Bf 109.
Opmerkingen
- Dat ‘ s erg interessant – heb je een bron voor de 5x manuren?
- Corelli Barnett, in Audit of War, vergelijkt spijtig genoeg de 13.000 manuren die nodig zijn om een Spitfire Mk V-casco te maken met de 4.000 voor een Me 109G. (De Spitfire duurde ook tweeënhalf keer zo lang als een orkaan, hoewel Barnett dit niet vermeldt.)
- 13.000 manuren voor de Spitfire vergeleken met 4000 voor de Bf 109 zou 3,25 keer zoveel manuren zijn, maar de werkelijke cijfers zouden zijn gevarieerd gedurende de periode van verschillende jaren waarin beide vliegtuigen in productie waren.
- Een internetbron citeert cijfers van 15.200 manuren voor de Spitfire, 10.000 voor de Hurricane en 6000 voor de Bf 109 begin 1940, ook een variabel aantal tussen 2000 en 10.000 manuren voor de verschillende modellen van de Bf 109.
Geef een reactie