Dlaczego eliptyczne skrzydło Spitfirea ' było prawie niewidoczne dla innych samolotów II wojny światowej?
On 24 stycznia, 2021 by adminSpitfire był jednym z najbardziej udanych projektów swoich czasów, z latającymi właściwościami podobnymi do innych najlepszych konstrukcji tamtej epoki. W swojej dekadzie produkcji od 1936 urósł większy , silniejszy i szybszy .
Wydaje się, że żaden z głównych samolotów nie ma prawie żadnego apetytu -moce produkcyjne naśladujące jego najbardziej kultową cechę. W rzeczywistości istnieje tylko jeden samolot produkowany masowo w tym czasie z eliptycznym skrzydłem, amerykański P-47 Thunderbolt . Nic niemieckiego ani japońskiego, i nic więcej od Brytyjczyków.
W okresie, w którym każdy producent starał się uzyskać każdą odrobinę przewagi, wydaje się dziwne, że pierwszorzędna cecha projektowa przyciągała tak mały apetyt na kopiowanie .
Tutaj są dobre wyjaśnienia dotyczące aerodynamiki lub wydajności eliptycznego skrzydła. Dlaczego jest tak rzadki, kiedy w oczywisty sposób działa tak dobrze?
Komentarze
- Pamiętaj, że nawet Spitfire wyprodukowane w ” przyciętych skrzydłach ” w czasie wojny, w których końcówki skrzydeł były wyprostowane. Miało to na celu poprawę prędkości na małych wysokościach i współczynnika przechyłu, które są ważnym czynnikiem w walce powietrznej, ale nie tak bardzo w innych typach lotnictwa.
- Zwróć uwagę, że Twój link dotyczący wydajności zawiera w zaakceptowanej odpowiedzi: ” Zarówno waga, jak i charakterystyka przeciągnięcia skrzydeł eliptycznych są gorsze od optymalnych ; niski indukowany współczynnik oporu powietrza jest kupowany z większą masą strukturalną, a co za tym idzie, z siłą nośną. ”
- Ciekawy artykuł na Air & Space .
Odpowiedź
Co ciekawe, nie mogłem znaleźć odpowiedzi na to pytanie w witrynie, ale znalazłem odpowiedź Petera Kämpfa na Quora . Podnosi te same argumenty, o których chciałem wspomnieć, więc powtórzę je tutaj.
Eliptyczne skrzydła są bardzo dobre – aerodynamiczne. Jeśli chcesz zminimalizować indukowany opór dla danego wymogu udźwigu, skończysz z eliptycznym skrzydłem.
Ale samolot to nie tylko aerodynamika. Musisz również wziąć pod uwagę:
- Waga, eliptyczne skrzydło nie jest konstrukcyjnie wydajne i doprowadzi do wyższa waga, co prowadzi do wyższych wymagań udźwigu, co doprowadzi do większego oporu indukowanego, nawet przy bardzo wydajnym skrzydle.
- Sterowalność, gdzie i jak skrzydło zatrzymuje się określa, czy jesteś w stanie odzyskać siły po stoisko. Eliptyczne skrzydła przechylają się jako pierwsze, co prowadzi do złego zachowania się przeciągnięcia.
- Produktywność, w pełni eliptyczne skrzydło jest bardzo trudne do wykonania, z jego podwójnymi krzywiznami. To sprawi, że skrzydło będzie droższe.
Jeśli uwzględnisz te czynniki, zobaczysz, że skończysz z kompromisem. Jeśli używasz zwężenia skrzydła (który jest nieco zbliżony do optymalnego kształtu aerodynamicznego), ale jest znacznie łatwiejszy do wykonania i dużo lżejszy, zobaczysz, że otrzymasz ogólnie lepszy projekt.
Analiza jak zmienia się projekt skrzydła, jeśli uwzględni się wymagania konstrukcyjne, wykonał Jones i można go znaleźć tutaj .
Komentarze
- Prawdziwym zabójcą było wykonanie matryc złożonych do skórek skrzydeł LE. P-47 przeszedł tam dużą drogę, czyniąc tylko TE eliptycznym, pozwalając tylko na proste wygięte krawędzie natarcia. Ogólnie rzecz biorąc, Spit, podobnie jak Merlin, miał typowo brytyjską cechę polegającą na bardzo dużej liczbie części, składających się z 5 elementów, z których amerykański samolot zrobiłby je z jednego lub dwóch. Formy kadłuba wykonane z wielu małych kawałków itp.
- ” Skrzydła eliptyczne są bardzo dobre – aerodynamicznie. Jeśli chcesz zminimalizować opór indukowany dla danego wymogu podnoszenia, otrzymujesz eliptyczne skrzydło. ” To jest nieprawidłowe.
- Jeśli jedziesz dużo szybciej, minimalizujesz opór indukowany. Niewiele osób rozumie siłę wiatru 300 mil na godzinę, a byli już w drodze do 400 mil na godzinę. Myślenie stojące za tego typu skrzydłem zostało po prostu zastąpione przez nowsze wymagania projektowe, skupione na krawędzi natarcia i ściśliwości. Jednego jednak udało im się zrobić dobrze, zrobili to cienką, a linia Spitfire przetrwała do lat 50. XX wieku.
- Powinien ” wyzdrowieć ze skrzydła ” być może ” … ze spinu „?
- @ RoiMaison.To powraca stary mit, że eliptyczne plany tworzą eliptyczne rozkłady ciśnienia. Nie ' t. Chciałbym, żeby ludzie przestali propagować ten nonsens.
Odpowiedź
Krótka odpowiedź brzmi: eliptyczne skrzydło używany w znacznie większej liczbie samolotów, niż opisuje ten artykuł.
Wszystkie poniższe wykorzystywały eliptyczne skrzydło, ale są też inne:
- Niemiecki myśliwiec Heinkel 112
- Niemiecki bombowiec Heinkel 111
- Niemiecki Heinkel 70
- US P35
- US P43
- Włoski Reggiane 2000
- Japoński bombowiec nurkujący Aichi D3A „Val”
- Brytyjski Hawker Tempest
Komentarze
- I ' nigdy o żadnym z nich nie słyszałem. I wątpię, czy ' czy kiedykolwiek słyszałem o Spitfireie, gdyby ' nie miał ” jego najbardziej charakterystyczna funkcja ” wewnątrz , Rolls-Royce Merlin
- @Mazura He 111 i Tempest to bardzo dobrze znane samoloty. On 111 był głównym niemieckim bombowcem i ważnym celem Spitfireów. I chociaż RR Merlin też jest dobrze znany, nie jest to powód, aby znać Spitfire, chyba że jesteś maniakiem silników lotniczych (tj. Lancasters i Mosquitos musieliby być znacznie bardziej znani niż oni).
- Dzięki ale sugeruję, że ' to dość szeroka definicja zarówno eliptycznej, jak i masowej produkcji.
- Nie ' t opisać P43 jako skrzydło eliptyczne
- @PartyArk Jak zdefiniować eliptyczny, że według Ciebie odpowiedź używa szerokiej definicji?
Odpowiedź
Krótka odpowiedź: eliptyczne skrzydła są zbyt drogie w produkcji. Skrzydło trapezowe z określonym geometrycznym lub aerodynamicznym skrętem może być bardzo zbliżone do eliptycznego rozkładu siły nośnej (optymalny rozkład siły nośnej na rozpiętości, a zatem główny cel projektu skrzydła).
Komentarze
- Witamy w Aviation.SE! Dodanie niektórych źródeł poprzez edycję odpowiedzi naprawdę poprawiłoby twoją odpowiedź.
- Tak jak domy, które nie są ' nie zbudowane z prostokątów; trudniejsze do wykonania, a przez to droższe.
Odpowiedź
Wiele samolotów nadal używa eliptycznych skrzydeł – sort z.
Co mówi nam matematyka , to fakt, że najbardziej wydajna konfiguracja skrzydeł dla danej rozpiętości powinna mieć eliptyczny rozkład siły nośnej *. Najbardziej oczywistym sposobem na wdrożenie tego jest nadanie skrzydeł eliptycznym.
Jednak projektanci samolotów nauczyli się z doświadczenia w produkcji Spitfire, że eliptyczne skrzydła są trudniejsze w produkcji, co prowadzi do wzrostu kosztów i czasu produkcji.
Tak więc później w czasie wojny, kiedy zasoby się wyczerpały i wszyscy zakładali, że ścigają się z Niemcami, aby zbudować lepsze, szybsze samoloty, projektanci celowo zdecydowali się na użycie prostych skrzydeł, aby ułatwić produkcję i obniżyć koszty. Mustang P51 został zaprojektowany w ten sposób.
Ale nauczyliśmy się, że eliptyczny kształt skrzydła nie jest jedynym sposobem na eliptyczny rozkład siły nośnej. Aby uzyskać eliptyczny rozkład siły nośnej, możesz:
- Spraw, aby Twoje skrzydło było bardziej eliptyczne
- Dodaj wymywanie, aby wyregulować rozkład siły nośnej wzdłuż skrzydła
- Zmień profil płata od nasady do końca, aby zmienić rozkład siły nośnej
- Wykonaj dowolną kombinację powyższych (np. Spłukiwanie + zaokrąglone końcówki)
Tak więc wiele samolotów nadal używa eliptycznych skrzydeł. Zwłaszcza, gdy jednym z głównych celów projektowania jazdy jest oszczędność paliwa. tylko dlatego, że nie są „t eliptyczne.
*
uwaga: Istnieją dowody, że może to nie być dokładne. Prawdą jest, że jeśli poprawisz rozpiętość skrzydeł, obliczenia dadzą eliptyczny rozkład, ale jeśli ustalisz swoją wagę ( tj. winda podczas rejsu) najbardziej wydajna dystrybucja okazuje się być coś innego (coś w kształcie dzwonu) , ale w końcu musisz zwiększyć rozpiętość skrzydeł
Komentarze
- To jest zbyt nieprecyzyjne, aby było przydatne. O jakiej matematyce mówisz? Czy masz jakieś cytaty (z renomowanych źródeł) na poparcie swoich wypowiedzi?
- @Lysistrata STANDARDOWA matematyka przy obliczaniu rozkładu podnoszenia: Prandtla ' teoria linii podnoszenia (google ” teoria liny nośnej „)
- Dzięki. Teoria liny nośnej jest szczególnie niedokładna w pobliżu końców skrzydeł. To bardzo kiepski wybór dla skrzydeł o tak małych proporcjach jak Spitfire.
Odpowiedź
Główną wadą eliptycznego skrzydła Spitfirea był nakład pracy potrzebny do jego zbudowania.Ogółem budowa Spitfirea wymagała około pięciu razy więcej roboczogodzin niż najbliższy niemiecki odpowiednik, Messerschmitt Bf 109.
Komentarze
- Że ' to bardzo interesujące – czy masz źródło 5-krotnych roboczogodzin?
- Corelli Barnett, w Audit of War ze smutkiem porównuje 13 000 roboczogodzin potrzebnych do wykonania płatowca Spitfire Mk V z 4 000 dla Me 109G. (Stworzenie Spitfirea zajęło również dwa i pół razy więcej czasu niż huragan, chociaż Barnett o tym nie wspomina).
- 13 000 roboczogodzin Spitfire w porównaniu z 4000 Bf 109 byłby 3,25 razy więcej roboczogodzin, ale rzeczywiste liczby zmieniałyby się w okresie kilku lat, w których oba samoloty były produkowane.
- Jedno źródło internetowe podaje liczbę 15200 roboczogodzin dla Spitfire, 10000 dla Hurricane i 6000 dla Bf 109 na początku 1940 r., także zmienna liczba między 2000 a 10000 roboczogodzin dla różnych modeli Bf 109.
Dodaj komentarz