Warum wurde der elliptische Flügel der Spitfire ' von anderen Flugzeugen des Zweiten Weltkriegs fast nicht kopiert?
On Januar 24, 2021 by adminDie Spitfire war eines der erfolgreichsten Designs ihrer Zeit, mit Flugqualitäten, die den anderen besten Designs der Ära ähnlich waren. In seinem Jahrzehnt der Produktion von 1936 wurde es größer , stärker und schneller .
Dennoch scheint es bei keinem der großen Flugzeuge fast keinen Appetit zu geben -Herstellungskräfte, um das kultigste Merkmal zu emulieren. Tatsächlich gibt es damals nur ein Serienflugzeug mit einem elliptischen Flügel, den amerikanischen P-47 Thunderbolt . Nichts Deutsches oder Japanisches und auch nichts mehr von den Briten.
In einer Zeit, in der jeder Hersteller versuchte, den letzten Vorteil zu erzielen, scheint es seltsam, dass ein erstklassiges Designmerkmal so wenig Appetit auf Nachahmung weckte
Hier gibt es gute Erklärungen zur Aerodynamik oder Leistung des elliptischen Flügels. Warum ist es so selten, wenn es nachweislich so gut funktioniert?
Kommentare
- Beachten Sie, dass es sogar Spitfires waren Hergestellt in “ abgeschnittenen Flügel “ -Varianten während des Krieges, bei denen die Flügelspitzen abgerundet waren. Dies diente dazu, die Geschwindigkeit und Rollrate in geringer Höhe zu verbessern, was ein wichtiger Faktor im Luftkampf ist, aber nicht so sehr in anderen Luftfahrttypen.
- Beachten Sie, dass Ihr Link zur Leistung in der akzeptierten Antwort Folgendes enthält: “ Sowohl das Gewicht als auch die Stall-Eigenschaften von elliptischen Flügeln sind weniger als optimal ; Der niedrige induzierte Widerstandskoeffizient wird mit höherer Strukturmasse und folglich Auftrieb gekauft. “
- Interessanter Artikel über Luft & Raum .
Antwort
Interessanterweise konnte ich auf der Website keine Antwort auf diese Frage finden, aber ich habe eine Antwort von Peter Kämpf auf Quora gefunden. Er bringt die gleichen Argumente vor, die ich erwähnen wollte, deshalb werde ich sie hier wiederholen.
Elliptische Flügel sind sehr gut – aerodynamisch. Wenn Sie den induzierten Widerstand für eine bestimmte Auftriebsanforderung minimieren möchten, landen Sie am Ende mit einem elliptischen Flügel.
Aber ein Flugzeug ist nicht nur Aerodynamik. Sie müssen auch Folgendes berücksichtigen:
- Gewicht, ein elliptischer Flügel ist strukturell nicht effizient und führt zu Ein höheres Gewicht, das zu höheren Auftriebsanforderungen führt, was selbst bei einem sehr effizienten Flügel zu einem höheren Luftwiderstand führt.
- Die Kontrollierbarkeit, wo und wie der Flügel blockiert, bestimmt, ob Sie sich von einem Flügel erholen können Stall. Elliptische Flügel blockieren zuerst die Spitze, was zu einem schlechten Stallverhalten führt.
- Die Herstellbarkeit eines vollständig elliptischen Flügels ist mit seinen doppelten Kurven sehr schwer herzustellen. Dadurch wird der Flügel teurer.
Wenn Sie diese Faktoren berücksichtigen, werden Sie feststellen, dass Sie einen Kompromiss eingehen. Wenn Sie eine Flügelverjüngung verwenden (die der aerodynamisch optimalen Form etwas nahe kommt), aber viel einfacher herzustellen und viel leichter ist, werden Sie feststellen, dass Sie insgesamt ein besseres Design erhalten.
Eine Analyse von Wie sich das Design eines Flügels ändert, wenn Sie die strukturellen Anforderungen berücksichtigen, wurde von Jones durchgeführt und kann hier .
Kommentare
- Der wahre Mörder musste zusammengesetzte Stanzwerkzeuge für die LE-Flügelhäute herstellen. Der P-47 hat viel erreicht, indem er nur den TE eliptisch gemacht hat und nur gerade gebogene Vorderkanten zulässt. Insgesamt hatte die Nehrung wie die Merlin das typisch britische Merkmal einer sehr hohen Teilezahl von Bauteilen aus 5 Teilen, die ein amerikanisches Flugzeug aus einem oder zwei Teilen herstellen würde. Rumpfbildner aus zahlreichen kleinen Teilen usw.
- “ Elliptische Flügel sind sehr gut – aerodynamisch. Wenn Sie den induzierten Luftwiderstand für eine bestimmte Hubanforderung minimieren möchten, erhalten Sie einen elliptischen Flügel. “ Das ist falsch.
- Wenn Sie tonnenweise schneller fahren, Sie minimieren den induzierten Widerstand. Nur wenige Menschen verstehen eine Windstärke von 300 Meilen pro Stunde und waren bereits auf dem Weg zu 400 Meilen pro Stunde. Das Denken hinter diesem Flügeltyp wurde einfach durch neuere Konstruktionsanforderungen abgelöst, die sich auf die Vorderkante und die Kompressibilität konzentrierten. Sie haben jedoch eines richtig gemacht, sie haben es dünn gemacht, und die Spitfire-Linie dauerte bis in die 1950er Jahre.
- Sollte sich “ von einem Flügel erholen “ war vielleicht “ … von einem Spin „?
- @ RoiMaison.Es ist ein Aufstoßen des alten Mythos, dass elliptische Planformen elliptische Druckverteilungen erzeugen. Sie ‚ t. Und ich wünschte, die Leute würden aufhören, diesen Unsinn zu verbreiten.
Antwort
Nun, die kurze Antwort ist, dass der elliptische Flügel war wird in viel mehr Flugzeugen verwendet, als dieser Artikel zulässt.
Die folgenden verwendeten alle einen elliptischen Flügel und es gibt auch andere:
- Deutscher Heinkel 112-Jäger
- Deutscher Heinkel 111 Bomber
- Deutscher Heinkel 70
- US P35
- US P43
- Italienische Reggiane 2000
- Japanischer Aichi D3A „Val“ Tauchbomber
- British Hawker Tempest
Kommentare
- I ‚ habe noch nie davon gehört. Und ich bezweifle, dass ich ‚ jemals von einem Spitfire gehört hätte, wenn es ‚ nicht “ sein bekanntestes Merkmal “ darin , das Rolls-Royce Merlin
- @Mazura He 111 und Tempest sind sehr bekannte Flugzeuge. Er war der wichtigste deutsche Bomber und ein wichtiges Ziel von Spitfires. Und obwohl RR Merlin auch bekannt ist, ist es kaum der Grund, Spitfire zu kennen, es sei denn, Sie sind ein Freak für Flugtriebwerke (dh Lancasters und Mosquitos müssten viel berühmter sein als sie.)
- Danke aber ich schlage vor, dass ‚ eine ziemlich breite Definition von sowohl elliptisch als auch massenproduziert ist.
- Ich würde nicht ‚ t Beschreiben Sie den P43 als elliptischen Flügel.
- @PartyArk Wie definieren Sie elliptisch, dass die Antwort eine breite Definition verwendet?
Antwort
Kurze Antwort: Elliptische Flügel sind zu teuer in der Herstellung. Ein Trapezflügel mit einer definierten geometrischen oder aerodynamischen Verdrehung kann einer elliptischen Auftriebsverteilung sehr nahe kommen (optimale Auftriebsverteilung über die Flügelspannweite, daher das Hauptziel der Flügelkonstruktion).
Kommentare
- Willkommen bei Aviation.SE! Das Hinzufügen einiger Quellen durch Bearbeiten Ihrer Antwort würde Ihre Antwort wirklich verbessern.
- Genau wie Häuser, die ‚ nicht aus Rechtecken bestehen; schwieriger herzustellen und damit teurer.
Antwort
Viele Flugzeuge verwenden immer noch elliptische Flügel – sortieren von.
Was die Mathematik uns sagt ist, dass die effizienteste Flügelkonfiguration für eine bestimmte Flügelspannweite eine elliptische Auftriebsverteilung * haben sollte. Der naheliegendste Weg, dies umzusetzen, besteht darin, Ihre Flügel elliptisch zu machen.
Flugzeugdesigner haben jedoch aus der Erfahrung bei der Herstellung des Spitfire gelernt, dass elliptische Flügel schwieriger herzustellen sind, was zu höheren Kosten und einer längeren Herstellungszeit führt.
Später im Krieg, als die Ressourcen knapp wurden und alle davon ausgegangen waren, dass sie gegen die Deutschen antraten, um bessere, schnellere Flugzeuge zu bauen, entschieden sich Designer absichtlich für gerade Flügel, um die Produktion zu vereinfachen und die Kosten zu senken. Der P51 Mustang wurde auf diese Weise entwickelt.
Wir haben jedoch gelernt, dass es nicht die einzige Möglichkeit ist, Ihren Flügel elliptisch zu machen, um eine elliptische Auftriebsverteilung zu erzielen. Um eine elliptische Auftriebsverteilung zu erhalten, können Sie:
- Machen Sie Ihren Flügel elliptischer.
- Fügen Sie eine Auswaschung hinzu, um die Auftriebsverteilung entlang des Flügels einzustellen.
- Ändern Sie das Tragflächenprofil von der Wurzel zur Spitze, um die Auftriebsverteilung zu ändern.
- Führen Sie eine beliebige Kombination der oben genannten Schritte aus (z. B. Auswaschen + abgerundete Spitzen).
Viele Flugzeuge verwenden also immer noch elliptische Flügel. Insbesondere, wenn der Kraftstoffverbrauch eines der Hauptziele des Fahrdesigns ist. Es ist nur so, dass sie nicht elliptisch aussehen.
*
Hinweis: Es gibt Hinweise darauf, dass dies möglicherweise nicht korrekt ist. Wenn Sie Ihre Flügelspannweite korrigieren, gibt die Mathematik zwar eine elliptische Verteilung aus, aber wenn Sie Ihr Gewicht korrigieren ( dh Lift bei Kreuzfahrt) Die effizienteste Verteilung ist etwas anderes (etwas Glockenförmiges) , aber am Ende müssen Sie Ihre Flügelspannweite verlängern
Kommentare
- Dies ist zu ungenau, um nützlich zu sein. Über welche Mathematik sprichst du? Haben Sie Zitate (aus seriösen Quellen), um Ihre Aussagen zu stützen?
- @Lysistrata DIE Standardmathematik bei der Berechnung der Auftriebsverteilung: Prandtls ‚ Hublinientheorie (google “ Hebelinientheorie „)
- Danke. Die Hebelinientheorie ist in der Nähe der Flügelspitzen besonders ungenau. Es ist eine sehr schlechte Wahl für Flügel mit Seitenverhältnissen, die so klein sind wie die des Spitfire.
Antwort
Der Hauptnachteil des elliptischen Flügels des Spitfire war der Arbeitsaufwand, der für den Bau erforderlich war.Insgesamt benötigte die Spitfire etwa fünfmal so viele Mannstunden, um gebaut zu werden wie das nächste deutsche Äquivalent, die Messerschmitt Bf 109.
Kommentare
- Das ‚ ist sehr interessant – haben Sie eine Quelle für die 5x Mannstunden?
- Corelli Barnett, in Audit of War vergleicht reumütig die 13.000 Mannstunden, die für die Herstellung einer Spitfire Mk V-Flugzeugzelle benötigt werden, mit den 4.000 für eine Me 109G. (Die Herstellung des Spitfire dauerte auch zweieinhalb Mal so lange wie die eines Hurrikans, obwohl Barnett dies nicht erwähnt.)
- 13.000 Mannstunden für den Spitfire im Vergleich zu 4000 für Die Bf 109 wäre 3,25-mal so viele Mannstunden, aber die tatsächlichen Zahlen hätten sich während des Zeitraums von mehreren Jahren, in dem beide Flugzeuge in Produktion waren, verändert.
- Eine Internetquelle zitiert Zahlen von 15.200 Mannstunden für der Spitfire, 10.000 für den Hurricane und 6000 für den Bf 109 Anfang 1940, ebenfalls eine variable Zahl zwischen 2000 und 10000 Mannstunden für die verschiedenen Modelle des Bf 109.
Schreibe einen Kommentar