Elevon - Elevon

Elevons an der Flügelhinterkante werden zur Nick- und Rollsteuerung verwendet. Oben: auf dem F-102A Delta Dagger von 1953, ein früher Einsatz. Unten: auf der F-117A Nighthawk von 1981.

Elevons oder Tailerons sind Flugzeugsteuerflächen , die die Funktionen des Höhenruders (zur Nicksteuerung verwendet) und des Querruders (zur Rollsteuerung) kombinieren , daher der Name. Sie werden häufig bei schwanzlosen Flugzeugen wie Tragflügeln eingesetzt . Ein Höhenruder, das nicht Teil des Hauptflügels ist, sondern eine separate Leitwerksfläche ist, ist ein Stabilisator (aber Stabilisatoren werden auch nur zur Nicksteuerung verwendet, ohne Rollfunktion, wie bei den Flugzeugen der Piper Cherokee-Serie).

Elevons sind auf jeder Seite des Flugzeugs an der Hinterkante des Flügels installiert. Wenn sie in die gleiche Richtung (nach oben oder unten) bewegt werden, wird eine Nickkraft (Nase nach oben oder Nase nach unten) auf die Flugzeugzelle ausgeübt. Wenn sie unterschiedlich bewegt werden (eine nach oben, eine nach unten), wird eine Rollkraft ausgeübt. Diese Kräfte können gleichzeitig durch entsprechendes Positionieren der Elevons aufgebracht werden, zB die Elevons eines Flügels ganz nach unten und die Elevons des anderen Flügels teilweise nach unten.

Ein Flugzeug mit Höhenrudern wird so gesteuert, als ob dem Piloten noch getrennte Quer- und Höhenruderflächen zur Verfügung stehen, die vom Joch oder Steuerknüppel gesteuert werden. Die Eingänge der beiden Regler werden entweder mechanisch oder elektronisch gemischt, um die richtige Position für jedes Elevon bereitzustellen.

Anwendungen

Einsatzfähiges Flugzeug

Avro Vulcan XH558 beim Start auf der Farnborough Airshow 2008 2008

Einer der ersten operativen Flugzeug Ruder zu nutzen war die Avro Vulcan , ein strategischer Bomber durch die betriebene Air Force Königlichen ‚s V-Kraft . Die ursprüngliche Produktionsvariante des Vulcan, die als B.1 bezeichnet wurde , hatte keine Höhenruder; stattdessen verwendete es eine Anordnung von vier inneren Höhenrudern und vier äußeren Querrudern entlang seines Deltaflügels zur Flugsteuerung. Der Vulcan erhielt Höhenruder auf seiner umfassend überarbeiteten zweiten Variante, dem B.2' ; alle Höhenruder und Querruder wurden zugunsten von acht Höhenrudern gestrichen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten arbeiteten die Höhenruder in enger Verbindung mit den sechs elektrisch betätigten Dreistellungs- Luftbremsen des Flugzeugs .

Ein weiteres frühes Flugzeug für den Einsatz von Elevons war der Convair F-102 Delta Dagger , ein Abfangjäger der United States Air Force . Einige Jahre nach der Einführung der F-102 baute Convair die B-58 Hustler , einen frühen Überschallbomber, der ebenfalls mit Höhenrudern ausgestattet war.

Der Erstflug der Concorde 001 im Jahr 1969

Vielleicht ist die kultigsten Flugzeuge mit Höhenrudern ausgestattet waren die Aérospatiale / BAC Concorde , ein britisch-Französisch Überschall - Passagierverkehrsflugzeug . Neben der Anforderung, beim Fliegen mit Überschallgeschwindigkeit eine präzise Richtungssteuerung beizubehalten, sahen sich die Konstrukteure auch mit der Notwendigkeit konfrontiert, die erheblichen Kräfte, die bei Schräglagen und Kurven auf das Flugzeug ausgeübt wurden, die zu Verwindungen und Verzerrungen der Flugzeugstruktur führten, angemessen zu berücksichtigen. Die Lösung für diese beiden Probleme war das Management der Elevons; insbesondere wurde das aktive Verhältnis zwischen dem Innenbord- und dem Außenbord-Elvon bei schwankender Flugzeuggeschwindigkeit beträchtlich angepasst. Nur die innersten Höhenruder, die am steifsten Bereich der Tragflächen befestigt sind, wären aktiv, während Concorde mit hoher Geschwindigkeit geflogen wurde.

Der Space Shuttle Orbiter war mit Höhenrudern ausgestattet, die jedoch nur während des atmosphärischen Fluges einsatzfähig waren, der beim kontrollierten Abstieg des Fahrzeugs zur Erde angetroffen wurde. An den Hinterkanten seines Deltaflügels waren insgesamt vier Höhenruder befestigt . Während es außerhalb des atmosphärischen Fluges geflogen wurde, wurde die Lagekontrolle des Shuttles stattdessen durch das Reaction Control System (RCS) bereitgestellt , das aus 44 kompakten flüssigkeitsbetriebenen Raketentriebwerken bestand, die über ein ausgeklügeltes Fly-by-Wire- Flugsteuerungssystem gesteuert wurden .

Die Northrop Grumman B-2 Spirit , ein großer fliegender Flügel, der von der United States Air Force als strategischer Tarnkappenbomber betrieben wurde , verwendete ebenfalls Elevons in seinem Kontrollsystem. Northrop hatte entschieden , das Flugzeug über eine Kombination von Split - Bremse zu steuern , Rudern und Differenzdruck nach verschiedenen Mitteln zur Ausübung Richtungssteuerung mit minimaler Verletzung auf dem Flugzeugradarprofil zu bewerten. Entlang der Flügelhinterkante sind vier Ruderpaare angeordnet; während die meisten Oberflächen im gesamten Flugbereich des Flugzeugs verwendet werden, werden die inneren Höhenruder normalerweise nur beim Fliegen mit langsamen Geschwindigkeiten angewendet, wie zum Beispiel beim Landeanflug. Um mögliche Kontaktschäden während des Starts zu vermeiden und eine Nicklage mit nach unten gerichteter Nase zu gewährleisten, bleiben alle Seitenruder während des Starts hängen, bis eine ausreichend hohe Fluggeschwindigkeit erreicht ist. Die Flugflächen der B-2 werden ohne Zutun des Piloten automatisch angepasst und neu positioniert, wobei diese Änderungen durch das komplexe computergesteuerte Quadruplex- Fly-by-Wire- Flugsteuerungssystem des Flugzeugs gesteuert werden, um der inhärenten Instabilität der Tragflächenkonfiguration entgegenzuwirken .

Forschungsprogramme

Es gibt mehrere technologische Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen, um die Funktionen von Flugzeug-Flugsteuerungssystemen wie Querruder, Höhenruder, Höhenruder und Klappen in Flügel zu integrieren, um den aerodynamischen Zweck mit den Vorteilen von weniger zu erfüllen: Masse, Kosten, Widerstand, Trägheit (für schnelleres, stärkeres Regelverhalten), Komplexität (mechanisch einfacher, weniger bewegliche Teile oder Oberflächen, weniger Wartung) und Radarquerschnitt für Tarnung . Der Hauptnachteil besteht jedoch darin, dass, wenn sich die Höhenruder gemeinsam nach oben bewegen, um die Neigung des Flugzeugs zu erhöhen und zusätzlichen Auftrieb zu erzeugen, sie die Wölbung oder Abwärtskrümmung des Flügels reduzieren. Der Sturz ist wünschenswert, wenn ein hoher Auftrieb erzeugt wird, und daher reduzieren Elevon den maximalen Auftrieb und die Effizienz eines Flügels. Diese können in vielen unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) und Kampfflugzeugen der sechsten Generation verwendet werden . Zwei vielversprechende Ansätze sind flexible Flügel und Fluidik.

Bei flexiblen Flügeln kann ein Großteil oder die gesamte Flügeloberfläche während des Fluges ihre Form ändern, um den Luftstrom abzulenken. Der X-53 Active Aeroelastic Wing ist ein Versuch der NASA . Der Adaptive Compliant Wing ist eine militärische und kommerzielle Anstrengung.

In der Fluidik treten Kräfte in Fahrzeugen über eine Umlaufsteuerung auf, bei der größere komplexere mechanische Teile durch kleinere einfachere fluidische Systeme (Schlitze, die Luftströme abgeben) ersetzt werden, bei denen größere Kräfte in Flüssigkeiten durch kleinere Strahlen oder Flüssigkeitsströme intermittierend umgeleitet werden, um sich zu ändern die Richtung der Fahrzeuge. Bei dieser Anwendung verspricht die Fluidik geringere Masse, Kosten (bis zu 50 % weniger), sehr geringe Trägheit und Reaktionszeiten sowie Einfachheit.

Siehe auch

Verweise

Zitate

Literaturverzeichnis

  • Chudoba, Bernd (2001), Stability and Control of Conventional and Unconventional Aircraft Configurations: A Generic Approach , Stoughton, Wisconsin: Books on Demand, ISBN 978-3-83112-982-9
  • Owen, Kenneth (2001). Concorde: Geschichte eines Überschallpioniers . London: Wissenschaftsmuseum. ISBN 978-1-900747-42-4.
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  • Süßer, Bill. "Innerhalb des Tarnkappenbombers". Zenith Impressum, 1999. ISBN  1610606892 .
  • Vulcan B.Mk.2 Flugpersonalhandbuch (AP101B-1902-15). London: Luftministerium, 1984.