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Unterschallflugzeug

Eine 1945 gebaute Spitfire zeigt ihren geraden elliptischen Flügel

Die Spannweite und Fläche eines Flügels sind beide wichtig für die Auftriebseigenschaften. Sie sind durch das Seitenverhältnis verbunden, das das Verhältnis der Spannweite, gemessen von Spitze zu Spitze, zur durchschnittlichen Sehne, gemessen von Vorderkante zu Hinterkante, ist.

Die aerodynamische Effizienz eines Flügels wird durch sein Auftriebs- / Widerstandsverhältnis beschrieben, wobei ein Flügel, der einen hohen Auftrieb bei geringem Luftwiderstand bietet, am effizientesten ist. Ein höheres Seitenverhältnis ergibt ein höheres Auftriebs- / Widerstandsverhältnis und ist somit effizienter.

Der Widerstand eines Flügels besteht aus zwei Komponenten, dem induzierten Widerstand, der mit der Erzeugung von Auftrieb zusammenhängt, und dem Profilwiderstand, der hauptsächlich auf die Hautreibung zurückzuführen ist, zu der die gesamte Flügelfläche beiträgt. Es ist daher wünschenswert, dass ein Flügel die geringste Fläche aufweist, die mit den gewünschten Auftriebseigenschaften kompatibel ist. Dies wird am besten mit einem hohen Seitenverhältnis erreicht, und Hochleistungstypen haben oft diese Art von Flügel.

Aber auch andere Aspekte wie geringes Gewicht, strukturelle Steifigkeit, Manövrierfähigkeit, Bodenabfertigung usw. profitieren oft von einer kürzeren Spannweite und folglich einem weniger effizienten Flügel. Kleine Flugzeuge der allgemeinen Luftfahrt in geringer Höhe haben typischerweise Seitenverhältnisse von sechs oder sieben; Verkehrsflugzeuge von 12 oder mehr; und Hochleistungssegelflugzeuge von 30 oder mehr.

Bei Geschwindigkeiten oberhalb der kritischen Machzahl beginnt der Luftstrom transsonisch zu werden, wobei sich an einigen Stellen lokale Luftströme bilden, die kleine Schallstoßwellen bilden. Dies führt bald zum Schockstand, was zu einem raschen Anstieg des Luftwiderstands führt. Die Flügel von schnellen Unterschallfahrzeugen wie Düsenflugzeugen neigen dazu, gefegt zu werden, um den Beginn dieser Stoßwellen zu verzögern.

Theoretisch ist der induzierte Widerstand minimal, wenn die Spannweite des Auftriebs elliptisch ist. Eine Reihe von Faktoren beeinflussen den induzierten Luftwiderstand, jedoch, und in praktischer Hinsicht ist ein Flügel mit elliptischer Planform, wie der des Supermarine Spitfire-Jägers des Zweiten Weltkriegs, ist nicht unbedingt der effizienteste. Die Flügel von Düsenflugzeugen, die stark auf Effizienz optimiert sind, haben keine elliptische Form.

Das Verhältnis von Spitzenakkord zu Grundakkord wird als Verjüngungsverhältnis bezeichnet. Taper hat den wünschenswerten Effekt, die Wurzelbiegespannung durch Verlagerung des Auftriebs nach innen zu reduzieren, aber es wurde von einigen bekannten Designern, darunter John Thorp und Karl Bergey, argumentiert, dass eine untapered rechteckige Planform am besten für Flugzeuge von weniger als 6.000 Pfund Bruttogewicht ist.